同步辐射在Fermi伽玛射线暴瞬时辐射谱中的研究

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伽玛射线暴是宇宙中一种短时标伽玛射线爆发的现象。它自从1967年被发现以来一直都是天体物理的研究热点。通过对伽玛暴能谱的研究可以得到它爆发的能量、磁场、加速机制等信息,这些对我们理解伽玛暴的本质尤为重要。本文利用一个能测量伽玛暴能谱的谱拐折锐度的参量(曲率宽度W)来检验同步模型和伽玛暴能谱的一致性。我们首先计算单电子、单幂率能量分布和拐折幂率能量分布等几个典型同步谱的曲率宽度。然后选择一个包含1198个谱的Fermi/GBM长暴时间分辨能谱样本,样本由经验模型拟合伽玛暴数据得到并且计算样本谱的曲率宽度。通过比较这两个宽度发现大部分能谱和同步模型不一致,因为同步谱的谱拐折比数据更加平滑。即使对于一些暴,理论模型和观测数据的曲率宽度一致,由于同步模型光滑谱拐折暗示这两类能谱不一致。上面的结果显示同步模型很难解释大部分伽玛暴能谱。另外考虑能谱演化发现在暴的单脉冲中光子流量和曲率宽度有一个弱的逆相关关系,表明流量越高,谱拐折越尖锐,越偏离同步模型。我们还使用两个能谱拟合的方法进一步验证数据谱拐折的尖锐:(1)使用同步模型对GRB100826和GRB170826B的时间分辨数据进行拟合,发现同步模型在高能截止下(高能指数p2特别大)对这两个暴能很好地拟合;另外计算前人(Magnus Axelsson和Yu Hoi-Fung)定义的谱宽度和谱锐度角度并且和同步谱比较得到同步模型不能解释大部分谱。(2)使用三个模型SBPL(平滑拐折幂率)、BPL(幂率连接的折线模型)和Band去拟合8个亮暴,得到较暗的暴能用BPL很好地拟合并且样本中接近一半能谱的最佳拟合模型是BPL,而较亮的暴能用SBPL和Band很好地拟合,表明有些较暗的暴的谱形接近折线形状;我们还得到现有的数据不能很好地区分这些光子模型;另外目前的拟合受仪器响应矩阵的影响,不能很好地确定真实的物理模型,就是说伽玛暴谱看似能被模型解释,但可能不是真实的。这两个方法都显示了观测数据谱拐折尖锐,以至于同步不能解释大部分观测谱。我们的结果表明同步模型不能完全解释伽玛暴能谱,同步谱的谱拐折比数据更平滑,除了同步机制外需要其它辐射机制的加入来充分解释伽玛暴瞬时辐射能谱。最后我们对本文进行总结并且列出存在于伽玛暴瞬时辐射中其它一些亟待解决的问题。
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