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伽玛暴内禀脉冲动力学和辐射机制

苏成悦  
【摘要】:本文介绍作者在攻读博士学位期间的工作情况。综述了伽玛射线暴的研究现状和进展,提出了一个相对论激波模型来拟合和分析伽玛暴的光变曲线,并提出了一种方法对伽玛暴的几种辐射机制进行分析和限制。 许多人运用各种方法来寻找伽玛暴光曲线的统计特征和单暴脉冲的形态,证实了伽玛射线单暴的“快速上升,指数下降(FRED)”的特征。如何解释和理解这一形态特征,成为我们关注的问题。一般认为,伽玛射线暴的光曲线是复杂多变的,它可认为是许多的单暴脉冲构成,对单暴脉冲的研究,对于理解伽玛射线暴的形成机制是十分重要的。根据我们得到的单暴脉冲形态,我们提出了一个相对论性激波模型,利用压力波的传播与激波间的递推关系,对单暴脉冲的形成进行研究,得到了一些有意义的结果并对伽玛暴形成的动力学过程进行了描述。(1)伽玛暴的形成是火球中的等离子体,在“中心发动机”的驱动下,压力波的传播动力学特性形成激波而产生;(2)解释了伽玛射线暴中单暴脉冲快速上升,指数下降的形态(“FRED”),产生这一形态的原因主要是等离子流体动力学特性造成;即使在“中心发动机”驱动的加速阶段的时标大于减速阶段的时标的情况下,仍能产生这一形态;(3)给出了“中心发动机”的驱动方式(或说过程)对产生的单暴脉冲形态(“FRED”)的影响并不重要的结果,这一结果与Blandford指出的;“中心发动机”的驱动对压力波传播不产生影响的结论一致;(4)伽玛暴单脉冲的半宽主要由加速阶段决定。 我们从理论的角度系统地研究了几种辐射机制的谱硬率(hardness ratio)与最大峰频v_p(最大峰能e_p)的关系,包括:热同步辐射、热康普顿辐射、热轫致辐射、冷却模型和“Band”谱等主流辐射机制,我们得到了(1)硬率与峰能e_p的理论函数关系和曲线;(2)上述几种辐射机制对应的谱硬率和谱的最大峰能之间的关系是非线性的,这与其他人提出的伽玛射线暴观测结果反应二者是伪线性的结论一致,并且显示它们实际上是分布在一个区域,边界是自然的;(3)同步谱曲线比韧致辐射谱曲线更好地符合观测数据;(4)在低能区,几种模型大致都与观测数据有一定的符合,但在高峰能区,数据分布开始出现扩散的趋势,因此在该区对一个给定的源,有可能明确是哪种辐射机制起作用;(5)硬


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