γ射线暴的最新研究进展:火球模型、余辉及前身星

γ射线暴（称简γ暴）的研究在最近几年里有了巨大的突破。观测上，人们发现了γ暴的低能余辉以及与γ射线发同时的光学爆发，还发现了它位于宇学距离的寄主星系。越来越多的观测证据还表明长时标γ暴与恒星形成区、甚至可能与超新星成协。在γ暴的相对论火球模型框架下，人们对γ暴以及余辉的产生机制的认识也有了进展。进而人们对γ暴的前身星以及环境效应等有了新的认识。本文旨在对这些进展和认识给一个扼要的评述。     

γ射线暴的研究概况

γ射线暴是宇宙中自从大爆炸以来最猛烈的爆发现象，它在几十秒钟的时间内所释放的能量相当于太阳一生（约一百亿年）所释放能量的几百倍！文章简要介绍了γ射线暴的新近研究进展，其中包括：简要说明了观测事实，并在此基础上建立标准火球模型，阐述了γ射线暴及其余辉的运动和演化规律，讨论了偏离标准模型的种种观测现象以及这些后标准效应所包含的重要天体物理意义。进而讨论了至今仍不清楚的能源机制问题，也指出了这个领域的研究前景。     

2003年度重大科学成就--γ暴:大质量恒星的死亡

γ射线暴(简称γ暴)是宇宙中最剧烈的爆发事件，从20世纪60年代末被发现以来，它的起源问题就一直迷惑着人们，今年在γ暴研究上取得了几个突破性的进展，其中最重要的一个是直接确认了γ暴与超新星的关联，最终证实了γ暴起源于大质量恒星的死亡，这一重大发现被Nature和Science两个杂志同时评选为2003年度的十大科学成就之一。     

宇宙γ射线暴

 γ射线暴(以下简称γ暴)是来自宇宙空间的一种短时标的高能γ射线爆发现象。它的发现颇有戏剧性:60年代中期,为了监督关于禁止在大气层中进行核试验的条约的执行情况,美国发射了一些卫星,以监测核爆炸中的γ射线事件。1967年开始,Ｖｅｌａ卫星真的不时记录到一些γ射线爆发现象,使美国政府十分紧张。军方花了几年的时间终于搞清楚它们均来自于宇宙空间,证实只是一场虚惊。由于军事保密的原因,该现象直到1973年才由美国洛斯阿拉莫斯实验室的Ｋｌｅｂｅｓａｄｅｌ、Ｓｔｒｏｎｇ和Ｏｌｓｏｎ在ＡｐＪ(美国《天体物理杂志》)的一篇快报中以“对源自宇宙空间的γ射线爆发的观测”为题发表出来。     

伽玛暴180620A外激波的能量注入研究

通过GRB 180620A研究伽玛射线暴余辉阶段的能量注入行为。通过数据拟合,我们发现GRB 180620A的X射线余辉存在一个平台,同时Swift的UVOT望远镜的观测也显示GRB 180620A的光学余辉存在一个平台结构。这个平台可能起源于中心引擎的能量注入。我们在这样的图像下,拟合了余辉的观测数据,并估计了瞬时辐射的辐射效率。     

γ暴研究的重大突破：首次观测到γ暴的光学和X射线余辉

意大利和荷兰联合发射的卫星ＢｅｐｐｏＳＡＸ在１９９７年２月２８日探测到γ暴ＧＲＢ９７０２２８的Ｘ射线余辉，随后的地面和哈勃空间望远镜的观测证实在该位置上有一光学瞬变源。哈勃空间望远镜在此光学变源方位观测到一暗的河外天体。     

等离子体宇宙

几千年来,人们对宇宙的认识都是建立在可见光观测的基础上,而实际上可见光仅仅是电磁波谱中很窄的一段(0.4-0.8μm).近半个世纪以来,人们的视野开始扩展到红外和射电波段.最近十几年来迅速发展的空间技术,使天文学进入了全波段(即包括可见光、全部红外、紫外、x射线和γ射线的整个电磁波谱)观测.观测手段的进步使天体物理学家获得了以前从未有过的丰富信息,使人类对宇宙的认识在实质上发生了飞跃. x射线和γ射线的观测有着特别重要的意义.啊实上,从x射线和γ射线的观测,人们发现了许多出平意料的和有趣的现象.这些x射线和γ射线大部分是由能…     

用羊八井ASγ实验数据寻找TeV能区的γ射线暴

γ射线暴的TeV能区辐射对研究其起源、辐射机制等是非常重要的.利用西藏羊八井ASγ实验三期阵列的重建数据,通过在给定的小天区和时间间隔内寻找较高显著性事例团的方法对TeV能区的γ射线暴进行了寻找,在计算过程中采用“等天顶角法”来估计背景.工作中采用了两种途径来寻找γ射线暴,一种是与卫星γ射线暴的符合寻找,另一种是全天区独立寻找.结果发现少量事例团对背景有明显超出,考虑试验次数后,其超出还不足以认定为γ射线暴.通过Monte Carlo模拟,给出了在95%置信水平下,到达大气顶部流强上限的估计值为3.32×10^-9—1.24×10^-7 cm^-2s^-1. 关键词： γ射线暴 TeV能区 ASγ实验 宇宙射线     

寻找超高能宇宙线源——西藏广延空气簇射实验

总结了１９９０年６月到１９９３年１０月期间西藏空气簇射阵列的观测结果。寻找了来自于蟹状星云、Ｘ射线双星、脉冲星、活动星系核和其它活动天体的能量为１０ＴｅＶγ射线连续发射,没有发现连续稳定发射的迹象,但给出了每个源的流强上限。在阵列所观测的天区寻找了１０ＴｅＶ的γ暴,结果没有发现能量１０ＴｅＶ的γ暴,最后也给出了发现此种γ暴的上限。应用该阵列,明显地观测到了能量为１０ＴｅＶ的宇宙线流强的太阳和月亮阴影。观测了朝向和远离太阳的行星际空间磁场对宇宙线阴影的影响,这是行星际磁场对阴影位移影响的第一次直接观测。研究并发现在实验期间,太阳阴影的位置每年都在变化。同时观测在此期间,朝向和远离方向的宇宙线阴影的不同变化。另外,应用该实验的数据,给出了所谓的“膝”区的原初宇宙线能谱。     

快速射电暴及其与伽马射线暴相关

目前人们共发现快速射电暴65个,其中重复的快速射电暴有2个。快速射电暴的物理起源以及其中心引擎模型尚不清楚,伽马射线暴同快速射电暴一样都是宇宙中极端的能量爆发现象。研究伽马射线暴与快速射电暴的关系可以更好的理解快速射电暴的起源。本文从观测出发,对目前发现的65个快速射电暴以及6191个伽马射线暴进行统计分析,发现在各自的误差半径内有1062个伽马射线暴与65个快速射电暴在空间方位上重合,以当前样本进行的随机模拟实验结果显示平均有922±41(1σ)个伽马射线暴与快速射电暴重合。结果间接支持GRBs可能与FRBs成协。     

寻找超高能宇宙线源——西藏广延空气簇射实验

总结了１９９０年６月到１９９３年１０月期间西藏空气簇射阵列的观测结果。寻找了来自于蟹状星云、Ｘ射线双星、脉冲星、活动星系核和其它活动天体的能量为１０ＴｅＶγ射线连续发射，没有发现连续稳定发射的迹象，但给出了每个源的流强上限。在阵列所观测的天区寻找了１０ＴｅＶ的γ暴，结果没有发现能量１０ＴｅＶ的γ暴，最后也给出了发现此种γ暴的上限。应用该阵列，明显地观测到了能量为１０ＴｅＶ的宇宙线流强的太阳和月亮阴影。观测了朝向和远离太阳的行星际空间磁场对宇宙线阴影的影响，这是行星际磁场对阴影位移影响的第一次直接观测。研究并发现在实验期间，太阳阴影的位置每年都在变化。同时观测在此期间，朝向和远离方向的宇宙线阴影的不同变化。另外，应用该实验的数据，给出了所谓的“膝”区的原初宇宙线能谱。     

长时γ暴和短时γ暴的脉冲辐射

采用小波分析方法对康普顿γ射线天文台 (CGRO)上的BATSE仪器观测到的γ暴光变曲线数据进行去噪处理 ,并提出更有效的脉冲识别算法 ,然后用对齐叠加方式分别计算长暴和短暴光变曲线的主脉冲的平均辐射曲线和归一化的平均脉冲辐射曲线。统计结果表明两类暴的平均辐射曲线有显著的差异性 ,而归一化的平均脉冲辐射曲线差异不大。这个结果意味着两类暴的暴源可能有本质的差异 ,但两类暴的辐射机制没有根本区别。这个结果进一步支持了把γ暴分为长暴和短暴两类暴的分类办法 ,同时解释了为什么γ暴的持续时间有非常显著的分类特征 ,但其它观测量在两类暴中没有体现出明显的分类特征的问题。     

寻找来自原始黑洞蒸发的TeV γ射线暴

用兴隆站的两台大气切伦科夫望远镜ACT2和ACT3在1995—1997年间的观测数据,寻找来自原始黑洞(PBH)蒸发终态的0.1sTeVγ射线暴.分析这些资料没发现有这样的γ射线暴.据此估算出在太阳系附近、在99%的置信水平下原始黑洞的蒸发率-密度的上限为3×10⁸/年·pc3.     

基于机器学习方法的快速射电暴分类研究

快速射电暴(FRB)是继伽马射线暴之后出现的持续时间更短的高能爆发现象,其分类、物理起源和辐射机制等基本问题目前尚不清楚。最新观测发现FRB大部分是一次性爆发事件,仅有极少量的重复FRB,人们就此把FRB简单分为重复暴和非重复暴。FRB清楚的分类对揭示它的物理起源至关重要。在本文中,我们首先使用流形学习降维算法t-分布随机近邻嵌入(t-SNE)对CHIME望远镜观测到的536个FRB进行了分类。结果发现FRB可以明显地分为两类,已经证认的重复暴属于其中一类,由此我们给出了152个重复暴候选体。其次,我们分析了两类暴的统计特性,发现重复暴候选体和已经证认的重复暴之间的统计特征高度相似,而重复暴候选体和非重复暴的多个物理量有着明显的不同,重复暴的各向同性峰值光度(L_iso)、各向同性能量(E_iso)和亮温度(T_B)的平均值都小于非重复暴,暗示着两类暴可能有不同的起源。另外我们还发现两类FRB的L_iso、E_iso和T_B之间都存在较强的相关性,且没有显著差异,表明...     

γ射线暴理论中有争议的两个问题

 γ射线暴是指宇宙射线中的γ射线爆发,属宇宙线天体物理学研究的范畴.它是通过对γ射线爆发所释放出来的巨大能量的研究来认识我们目前的宇宙及天体的演化.     

BL Lac天体Mark 421中心黑洞质量的研究

观测到了BLLac天体Mark421在光学波段的短时标爆发.在26min的爆发期间内,Mark421从B=1576mag到B=1432mag迅速变化了134mag.更为有趣的是观测结果与1996年由Gaidos等观测到的TeVγ射线爆发的结果非常相似,特别是在时标变化和光变曲线等方面两者有相同之处.由上述观测数据结果可以得出:爆发产生于相同的发射区域,这个区域为R=59×1011m,并由此推导出Mark421中心黑洞质量为M=3×106M⊙,这对目前的γ辐射理论模型提出了新的挑战,可以认为Mark421的 关键词：     

"慧眼"卫星认证快速射电暴的磁陀星起源

《自然》和《科学》杂志分别评选出的2020年度十大科学发现和突破中有一项共同的成果:快速射电暴起源于银河系内磁陀星.这是人类对快速射电暴研究的里程碑.在此次发现中"慧眼"卫星凭借自身卓越的性能做出了举足轻重的贡献."慧眼"卫星捕捉到与快速射电暴相关联的X射线暴,也是人类首次观测到快速射电暴在电磁谱其他波段的对应体;通过...     

探索极端宇宙——从HXMT到eXTP和HERD

历经24年,经过几代人的传承和不懈努力,2017年6月15日我国第一颗X射线天文卫星——"硬X射线调制望远镜(HXMT)"发射成功,并被命名为慧眼①.得益于其大面积、宽能区、高能量分辨率和高时间分辨率等设计,"慧眼"作为一个小型X射线天文台在引力波事件、快速射电暴等高能爆发现象以及X射线双星的快速时变观测等方面都拥有独...     

来自宇宙空间的γ射线

一、引 言 1960年用气球观测高空γ辐射,发现了来自银河平面处的γ射线流,能量约达10～8电子伏,在银河中心区域特别强烈.后来的观测发现,那些发射强烈无线电辐射的射电源,如天鹅座A源和蟹状星云等也都同时发射γ射线.近十年来利用气球和人造卫星对空间的各种γ辐射从低能(l0～5-10～7电子伏)一直到中能(10～7-10～9电子伏)这样一个甚宽的能量范围内进行细致的观测[1,2,3],结果就诞生了天文学的一个新分支──γ射线天文学.从此,人们观测到的从宇宙空间发来的光子的能量范围,就从射频超长波段(10～(-9)-10～(-10)电子伏)起一直延续到中能γ…     

伽玛射线暴决定宇宙中出现生命的可能位置

在五十亿年以前,强烈的恒星爆发可导致地球生物大灭绝,并且也会抑制其他行星上产生生命。这样,生命只能于此后在星系的边际诞生。伽玛射线暴是恒星死亡时产生的强烈辐射,它可能伤害甚至消灭数光年外行星上的生命。两位天体物理学家分析了最新天文数据,重新估计了伽玛暴影响地球生命的可能性。他们发现,在过去十亿年内一颗伽玛暴导致生物灭绝的可能性达60%。望眼地球以外,他们还发现生命更趋向于在星系的边际出现,因为那里伽玛暴不常见。五十亿年以前,频繁的伽玛暴不利于宇宙中生命的形成。