ARGO实验中“双前峰面”事例探测高能γ射线暴的灵敏度研究

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γ射线暴是一种在短时间内能量剧烈爆发的天文学现象,是人们研究宇宙线起源的重要手段。到2015年12月31日为止,卫星实验在keV~MeV能段已经探测到了 5000多个γ射线暴,但对能量大于10 GeV的高能γ射线暴,目前还没有观测到确定的结果。高能γ射线暴不仅能够提供γ射线暴产生机制的直接证据,而且能检验当前存在争议的γ射线暴的模型,因而其研究具有重要意义。为了得到γ射线暴从低能到高能的完整信息,必须联合卫星实验和地面实验。位于羊八井观测站的ARGO和ASγ实验凭借其高海拔、宽视场、大面积等特点在探测高能γ射线暴方面占据着一席之地,值得注意的是,其中ARGO实验中的"双前峰面"事例具有降低阈能值、提高灵敏度的独特优势,为高能γ射线暴的探测提供了一种全新的方式。首先,本文对"双前峰面"事例探测高能γ射线暴的灵敏度进行模拟。结果表明:在持续时间为1s、天顶角为10°且红移为0时,"双前峰面"事例探测E>10GeV γ射线暴的流强为10-4~10-3erg/cm2。与此同时,"双前峰面"事例的灵敏度在Emax<30GeV时高于"触发"事例的,因此利用"双前峰面"事例寻找高能γ射线暴存在巨大潜能。其次,分析Fermi卫星从2008年到2015年期间观测到的1756个γ射线暴,利用Band模型将这些γ射线暴的能谱延伸到羊八井地面实验的能区范围内,计算其到达羊八井地面实验中的流强。结果表明:对于在羊八井视场范围内且光子能量在GeV能区的Fermi γ暴,若不考虑河外背景光子的吸收效应,ARGO实验运行期间内,在其灵敏度范围内的有3个;新升级的ASy实验运行期间内,在其灵敏度范围内的有4个。这些结果为羊八井地面实验(包括"双前峰面"事例)与卫星γ暴的符合寻找提供重要信息。最后,结合ARGO实验中GRB100225703的"双前峰面"事例数据与Fermi卫星的数据来符合寻找高能γ射线暴。结果表明:显著性最高的事例团作为本底涨落的概率(Pb)为1.72×10-6,相当于高斯分布的4.643σ,但考虑到实验次数后,其超出不足以认定为γ射线暴。
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