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用羊八井二期/加密阵列数据寻找3~10TeV能区的宇宙伽玛暴

冯振勇  
【摘要】: 宇宙γ射线暴发现象(Garoma-Ray Bursts,简称γ暴或GRB)是上个世纪的一个重要天文发现,同时也是保留至今的最大天文之谜。γ暴问题与宇宙暗物质、恒星级(巨型)黑洞天体的观测认证以及活动星系核的物理解释一起,合称为“伴随人类进入二十一世纪的四大天文难题”。 γ暴是一种强烈的瞬态(transient)暴发过程,最早是由前苏联的核爆炸监测卫星维拉(Vela)在1967年偶然发现的.自γ暴现象被发现至今的三十多年时间里,人们对该现象进行了大量的实验观测,证实了它的真实存在并取得了较丰富的观测资料,与此同时,围绕γ暴的起源、初始能源和辐射过程等问题,人们建立了数百个理论模型,试图对之进行解释,但这些模型都只能部分地解释γ暴的某些特征,同时这些模型之间还存在较多分歧。从费米(1fm=10~(-15)m)尺度的宇宙原生黑洞,到数十公里尺度的中子星,都被作为γ暴的候选天体进行了考察。在美国天文卫星CGRO上的BASTE实验之前,γ暴现象集中联系于银河内磁中子星上的局部物理过程;BASTE实验把γ暴推向了宇宙学距离,这使γ暴与宇宙暗物质,原生黑洞,引力波以及强相互作用等现代物理问题联系了起来。目前关于γ暴的理论模型可以说是“众说纷纭,各执一词”,其数目之多甚至有让人“目不暇接,无所适从”的感觉。因此,目前的观测数据还不足以对γ暴现象作出圆满的解释。 观测表明,γ暴的发生时间和空间位置是完全随机的,至今未发现γ暴有重复暴发现象,这使人们很难对之进行有预先准备的观测;γ暴的持续时间往往很短,这造成难于对之进行细致的观测。γ暴的上述特征是造成其观测困难的主要原因,同时也是难以对之作出全面而圆满的理论解释的原因。 γ暴的起源问题,也即γ暴的发生距离问题,在γ暴的研究中起着至关重要的作用。目前γ暴的起源之争,集中于该现象是发生在银河系内的过程,还是普遍发生在宇宙学距离上的过程。因为按观测数据推算,暴的不同起源对应着不同的爆发能量,其量值甚至可相差二十几个数量级。不同量级的释放能量自然对应不同的物理过程。所以,没有γ暴源的距离的知识,就不能准确地判断暴的产生机制,也就不能对该现象作出正确的解释。虽然目前关于γ暴的卫星实验已观测到了数千个γ暴,并对γ暴的时间结构、能谱形状以及空间分布等方面作了集中研究,但卫星实验由于受其探测器接收面积的限制,对γ暴到达方向的定位精度较低,故不能很好的确定γ暴的对应天体。因此目前只能通过间接的方法来判断这些暴的起源。早期的观测资料和BASTE实验都表明γ暴的空间分布呈高度各向同性,其频率一大小谱(logN(〉S)—logS)表明随距离增加弱暴数目有增多的趋势,这显示了γ暴的宇宙学起源。γ暴在其它波段的 【 g 一 伴随物…ounerprt)可以提供其距离的有关信息,但目前关于Y暴伴随物的观 测信息还相当缺乏,还不能给确定其距离提供太多帮助.意大利一荷兰天文卫 星BePPOSAX在1997年观测到数个丁暴的光学、射电、X射线等多波段“余辉 恒fterglow厂,但这也仅给丫暴起源的研究带来一丝“曙光\_, 是否存在超高能p1TeV*暴,或丫暴的超高能伴随物,是一个有意义的 问题.因为1-100DV的初级宇宙丁光子在穿过宇宙学距离时,将遭到宇宙 红外背景光子和微波背景光子的强烈吸收而不能达到地球大气顶部.固此,如 果找到了1一100TeV能区的丁暴,或观测到了)暴的1-10()Te伴随丫光 子,就可判定丫暴为银河系内起源;否则,若没有观测到上述过程,也可给出 7暴发生距离的上限情息.同样由于受其探测器接受面积的限制,卫星实验一 般工作于GeV能区,它对超高能7暴的观测是无能为力的.目前卫星实验所 观测到的丫暴的光子能量主要集中于10KeV—10MeV,只有少量丫暴的光子 能量达GeV量级.天文观测的地面实验和空间实验历来有着互相衔接、互相补 充、互相验证的关系,二者的作用不可互相替代,因此,用地面设施寻找超高 能区的Y暴,自然有十分重要的意义. 西藏羊八井二期/加密阵列目前在世界同类装置中,具有最高的簇射触发 率和最低的观测阈能,其角分辨率好于1\ 因此很适合于进行超高能,暴的4 观测寻找.本文第七章使用羊八井二期/加密阵列1997年2月至1998年6月 期间的重建数据,进行了3-10Dv能区丁暴的全天区独立寻找,同时也进行 了3DV能区**8*即暴的符合寻找.在丁暴的独立寻找工作中采用分*n方 法,取时间间隔凸t—IS、105、1005三种情况,对 EAS事例进行了统计分 析.在上述分析中,使用的羊八井二期阵列Kibet 11)和加密阵列叮ibet HD)所 得到的**s事例分别约为2石Xlo帅5亿)个和4.SXlo…8亿)个.统计结果 表明,有较多事例团显示了对背景的超出,其中有部分事例团的统计显著性明 显超过了3。 同时,有少数事例团的统计显著性达到了4a水平,显示了存在 3-10


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