伽玛射线暴单脉冲光变曲线的研究

论文摘要

本文首先概述伽玛射线暴（GRBs）及其余辉的观测和理论研究进展，这包括基本观测特征、主要理论模型以及与GRB相关的天体现象，如GRB-SN成协和GRB宇宙学。然后详细介绍作者在攻读博士学位期间所做的与GRB单脉冲光变曲线有关的研究工作。通过分析，我们得到以下几个主要结论：利用Qin理论脉冲模型对KRL经验脉冲模型中的参数给予物理解释：1)外流的洛伦兹因子（Γ）分别和脉冲的上升时标（tr）、下降时标（td）存在幂律关系，两者幂律指数都约为－2；2)当△τθ（共动脉冲宽度）＜2时，观测脉冲的非对称（tr／td）随△τθ的变宽而增大，这时可以用下降指数d来判定共动脉冲的大体形态；当△τθ＞2时，观测脉冲的非对称不再受△τθ影响，则我们不能再由观测脉冲的形状指数判断共动脉冲的大致形态；3)只要取合适的△τθ，如0.1≤△τθ≤2，我们发现Kocevski样本中起码有一部分GRB脉冲能够用多普勒效应主导下的Qin脉冲模型来描述。对长暴脉冲在1、3能道间的相对谱延迟（RSLs）分析得到：RSL(τrel，31)是以0.1为中心正态分布的；RSL与FWHM（=tr+td）、非对称、谱指数（α，β）、峰值能量（Ep）、峰值流量（Fp）和峰值计数率（Fm）存在弱的相关，而分别和谱延迟(τ31)、硬度比(HR31)和峰值计数的时间（tm）线性无关；最后，RSL与红移（z）和峰值光度（Lp）存在强线性相关，这使得RSL成为一个很好的红移／光度或距离指示器。通过准确地分析短暴脉冲的谱延迟发现：短暴的谱延迟关于零点呈对称性高斯分布，并且绝大多数（94％）短暴的谱延迟可以忽略不计或在当前精度下不能被测量到；短暴的RSL也是在零附近（μ=0.082）正态分布的；如果假定谱延迟和Γ的幂律关系对短暴也成立，即τ∝±Γ-η。由此可见，不仅大的Γ而且大的指数η》2或两者共同都能导致短暴具有可以忽略的或不能被测量的谱延迟。通过讨论GRB三个典型时标（动力学、角延展和冷却时标）和观测脉冲轮廓之间的关系，我们发现：1)若忽略电子的辐射冷却时标，分析脉冲在曲率效应作用下没有上升段，在动力学时标作用下没有下降段而呈尖峰结构；若仅在纯粹的电子辐射冷却时标主导下分析脉冲具有类FRED轮廓，呈平滑峰结构；2)壳层共动系中的内禀发射时间受到洛伦兹因子之比和爆发域半径之比的限制；3)我们把脉冲越宽越不对称的现象解释为脉冲和辐射区域的远近有关，即脉冲对称的短暴可能爆发在小半径区域，而脉冲非对称（绝大多数表现为FRED形态）的长暴可能爆发距中心较远的区域。需要指出，这些结果或受到模型的限制或受样本容量的制约，因此，很有必要利用更真实的物理模型和更大的样本对这些初步结论给以检验或校正，甚至有些“发现”还有待于未来新的观测给予验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 序言
• 第一篇 伽玛暴及其余辉
• 第一章 伽玛暴观测
• 第一节 观测设备
• 第二节 数据特征
• 第三节 观测结果
• 一、空间分布
• 二、发生频率
• 三、光变曲线
• 四、谱特征
• 五、偏振观测
• 第二章 伽玛暴理论
• 第一节 相对论运动
• 一、火球致密性问题
• 二、相对论运动
• 第二节 火球-激波模型
• 一、标准火球模型
• 二、火球-激波模型
• 第三节 伽玛暴辐射谱
• 第四节 能源模型
• 第三章 余辉观测与研究
• 第一节 余辉观测特征
• 一、光变曲线和辐射谱
• 二、寄主星系和红移
• 三、早期余辉
• 第二节 外激波模型
• 第三节 余辉辐射谱
• 第四节 喷流效应
• 第五节 小结
• 第四章 短伽玛暴
• 第一节 能谱与光变
• 第二节 余辉和寄主星系
• 第五章 伽玛暴交叉问题
• 第一节 GRB-SN成协
• 第二节 GRB宇宙学
• 第二篇 研究工作
• 第六章 单脉冲函数的统计检验
• 第一节 理论脉冲模型
• 第二节 脉冲分析方法
• 第三节 共动脉冲宽度对观测脉冲形状的影响
• 第四节 洛伦兹因子对观测脉冲形状的影响
• 第五节 区分不同形态的共动脉冲
• 第六节 与观测数据比较
• 第七节 结论与讨论
• 第七章 长暴脉冲谱延迟的应用
• 第一节 长暴脉冲的处理方法
• 第二节 物理量的测量
• 第三节 主要结果
• 第四节 应用与解释
• 第五节 结论与讨论
• 第八章 短暴脉冲谱延迟的统计特征
• 第一节 引言
• 第二节 短暴脉冲的处理方法
• 第三节 谱延迟的分布
• 第四节 相对谱延迟的分布
• 第五节 结论与讨论
• 第九章 支持和反对两类伽玛暴的证据
• 第一节 数据分析
• 第二节 脉冲的自相似性
• 第三节 脉冲的非对称分布
• 第四节 非对称和半宽度的关系
• 第五节 讨论和结论
• 第十章 推断不同伽玛暴的爆发域
• 第一节 引言
• 第二节 理论模型
• 第三节 时标
• 第四节 分析脉冲
• 第五节 角延展和动力学时标的比较
• 第六节 脉冲形状对参数的依赖性
• 第七节 对内禀时标的限制
• 第八节 结论与讨论
• 第三篇 结束语
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢