伽马暴和超新星暴/星周介质密度变化的研究

论文摘要

研究表明绝大部分长时标伽马射线暴（简称长暴）都与大质量恒星的死亡有关系。而沃尔夫-拉叶星（大质量恒星演化到后期的一个阶段）最有可能是长暴的前身星,沃尔夫-拉叶星因其自身强劲的星风,导致质量的高速流失,其外层逐渐剥离。因此人们预期长暴的暴周环境会由星风介质向星际介质（Interstellar Medium,简称ISM）转变,形成一个介质密度变化的暴周环境。本工作在分析大量KAIT望远镜的观测数据时,发现GRB 140423A是一个典型的暴周环境由星风介质向星际介质转变的例子:（1）时域分析表明其光学余辉光变曲线早期存在一个平滑的鼓包,随后以指数～1.6幂律衰减,在～5000 s时幂律指数发生了转变,以指数～1.1幂律衰减;X射线余辉的光变曲线从～3000 s开始,同样以指数～1.1幂律衰减。（2）联合Swift/XRT和光学数据进行谱域分析,得到转变时间Tt～5000 s前后的光子谱指数均为-1.90。这表明其光学和X射线余辉可能来自同一起源。本工作进一步采用暴周环境为粒子数密度随半径n（r）∝r-2的星风介质向n（r）∝r0的星际介质转变的外激波模型来检验GRB 140423A的光变特征,模型考虑微观物理参数在转变前后不变,且介质存在密度跳跃。采用MCMC方法进行拟合的结果表明,星风一星际介质转变模型可以解释GRB 140423A的多波段光变曲线并得到一组最佳参数:logεB=-4.42-1.30+1.30,logεe=-1.55-0.37+0.58,log EK,iso=54.38-0.78+0.87 erg,logΓ0=2.54-0.30+0.28，log A*=0.05-1.11+1.10 5 χ=5.22-2.45+2.60,p=2.46-0.27+0.28，log Rt=17.32-0.70+0.67。本工作还基于Swift/XRT和大量光学数据,系统搜寻余辉中具有星风介质向星际介质转变特征的长暴。结果表明:（1）同时具有X射线和光学余辉观测的,只有3个长暴具备星风—星际介质转变特征。（2）工作还得到只有Swift/XRT余辉数据的还有10个长暴符合星风—星际介质模型。对这13个符合星风—星际介质转变模型的长暴的物理参数进行分析发现:①具有星风—星际介质转变特征的伽马暴的各向同性动能量EK,iso在1052到1055 erg之间,电子谱指数p大部分都在2.3左右。②具有星风—星际介质转变特征的伽马暴的喷流张角大都比较大（>10°）。③星风—星际介质转变时间Tt一般在暴后1000—5000秒之间,转换半径Rt在1016到1018 cm之间。本工作同时还研究了超新星星周介质的密度变化。SN 2012aa是一个明亮的Ic型超新星,亮度于普通超新星和超亮超星之间,光变行为十分复杂,用56Ni级联衰变模型、磁星模型、单次相互作用模型均未能解释其热光变曲线中出现第二个鼓包的复杂行为。本工作考虑了密度变化的星周介质所导致的喷射物与星周介质的多次相互作用模型:超新星爆发后的喷射物与先与n（r）∝r2星风相互作用,随后喷射物与n（r）∝r0的致密介质团块相互作用,两次作用分别产生正反激波,激波加热喷射物和星周介质,驱动光变曲线。基于该模型分析能很好解释了其他模型不能解释SN 2012aa峰值后有第二个鼓包的复杂行为,得到其参数为:Mej,i=34.89+62.1991 M（?）,Mej,2=36.54M（?）,MCSM,1=1.65-0.03+0.02M（?）,MCSM,2=15.35-0.49+0.41 M（?）,ρCSM,in,1=4.00-0.10+0.10×10-13cm-3,ρCSM,in,2=0.10-0.00+0.01×10-13g cm-3,Rin,1=4.96-0.05+0.03×1014 cm,R in,2=63.21×1014cm,ε1=0.98-0.01+0.01,ε2=0.10-0.00+0.00,tshift,1=8.29-0.12+0.45dya,tshift,2=67.43-1.60+1.67 day。且估算的星风的质量损失率符合预期结果。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李龙

导师: 王祥高,梁恩维

关键词: 伽马射线暴,余辉,暴周环境,超新星,星周介质

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 广西大学

分类号: P172.3

总页数: 76

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