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本文综述了伽玛暴当前的观测特征和理论成果,详细介绍了本人在攻读博士学位期间对伽玛暴的光变曲线的不同的部分进行的理论和统计研究工作。主要包括长暴和短暴的谱硬度比分布和伽玛暴的多普勒效应的分析和研究。
首先详细研究了500个短暴和1541个长暴在前两秒内不同的时间间隔的谱硬度比分布。在包括和排除背景记数的情况下,对长暴和短暴在不同时间间隔的分布进行了K-S检验。其次,从1541个长暴中随机选择了一个长暴样本(样本1)让这个长暴的样本和短暴样本(样本2,数目500)的数目一样多。然后随机选择一个短暴并把它的T90小重复的随机赋给一个长暴。随后计算了样本1在新的T90时间段的和样本2在它固有的T90时间段的谱硬度比(hrT),并比较了这两个样本的hrT与对应的T90的相关性。在这个T90时间段内,对样本1和样本2又随机选择了一个64毫秒时间间隔来求对应的谱硬度比(hrt),也计算了这两个样本的hrt与对应的选择时间的相关性。对于1541个长暴前两秒和两秒后的hrt性质也进行了相关的研究。研究发现:
(1)长暴和短暴的不同时间段的谱硬度比分布的K-S概率很小,说明长暴和短暴的谱硬度比分布不会来自同一个分布,预示着这两类暴可能来自不同的物理机制和中心引擎。
(2)在0-0.96秒的时间内,短暴的谱硬度比由硬到软,而长暴却没有表现出这种明显的变化趋势。
(3)长暴和短暴的hrT和hrt的分布的K-S概率也很小,并且短暴的hrT和hrt的平均值明显大于长暴的。
(4)loghrT和logT90,loghrt和logt的相关性对长暴和短暴是不同的。因此根据以上情况认为长暴和短暴可能起源于不同的前身星,并且它们的产生物理机制也是完全不同的。
伽玛暴是起源于宇宙学距离上的事件,伴随着巨大的能量释放和喷出物的相对论运动,因此多普勒效应在伽玛暴现象中必起重要的作用。在相对论火球模型下,在考虑了多普勒效应的情况下,研究了来自火球面不同部分的伽玛暴能谱、谱线和光变曲线,重点放在光变曲线上,研究发现:
(1)对于整个火球利均匀喷流来说,观测到的辐射主要来自于张角为1/Γ部分的角面积。因此在近似的计算中,可以用该部分的辐射来代替整个球面或者整个喷流的辐射。
(2)观测到的辐射线都会被展宽,这主要是曲率效应的原因。
(3)球面的具有小张角的角面积对高频的影响大于对低频的影响。
(4)对观测到的脉冲而言,局域脉冲的半宽是个关键的参数。当它比较小的时候,观测到的FRED脉冲的上升部分主要来自小张角的角面积,而下降部分来自大张角的角面积。当局域脉冲半宽比较大的时候,火球面的所有部分都对脉冲的上升和下降部分有影响,但小张角的角面积对脉冲的上升部分贡献较大。
(5)观测到的脉冲半宽是由张角为1/2Γ的角面积决定的。当张角小于该值,观测到的半宽和能量的幂率关系不在存在,只有大于该值,才存在相应的幂率关系。
(6)观测到的脉冲形状与喷出物的结构有关,当喷出物的张角大于1/2Γ时,可以观测到FRED脉冲形状。当张角小于该值时,观测到的脉冲将会变成快速上升和快速下降的形状。
(7)只有在一定的频率范围内才存在观测脉冲的半宽和对应能量的幂率关系。幂率范围和幂率指数与观测到的峰频和辐射机制有关,并且幂率的范围可以由观测到的峰频来决定。
(8)在半宽和能量成幂率关系的频率范围内,脉冲的上升半宽和下降半宽的比值也与能量成幂率关系。
(9)半宽和能量,半宽比值和能量的对应规律的特点是平台-幂率-平台。
(10)对BATSE探测到的伽玛暴,选择了一个具有28个伽玛暴的样本,发现以上发现的半宽和能量的关系可以很好的解释这些伽玛暴的实际数据,说明多普勒效应在实际的伽玛暴中确实是很重要的。