伽玛暴暴周环境限定及洛伦兹不变性破缺的检验研究

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伽玛射线暴(以下简称为伽玛暴)是指发生在宇宙学距离上的高能天体爆发现象。瞬时辐射阶段的持续时间从几毫秒到几千秒不等,能量爆发主要集中在伽玛射线波段,可以高达1054尔格。本篇论文主要介绍利用具有火球减速特征的光学余辉限制伽玛暴的暴周环境,以及利用光学多波段偏振数据限制洛伦兹破缺。在第一个工作中我们探究了红移z=2.013的GRB 161017A的多波段特性,该伽玛暴由Swift和Fermi卫星共同探测到。光学余辉R波段在100秒处出现一个亮度约为13星等的鼓包,而X射线余辉在开始时出现了多个不规则的耀发。我们通过对余辉数据的联合分析,探究了X射线余辉和光学余辉的物理起源。考虑到早期光学波段出现平滑的鼓包特征,而X射线余辉则出现一系列耀发现象,由此我们推断,早期的光学余辉辐射是由外激波主导的,而对应的X射线余辉辐射则与伽玛暴的中心引擎活动有关。因此,带有平滑鼓包特征的早期伽玛暴光学余辉可能是由外部-正向激波(FS)产生的。根据火球外激波模型,鼓包峰值前后的斜率是由介质密度指数k和电子能谱指数p所决定的。因此,光学余辉中平滑的鼓包现象可以当作研究火球减速特性和暴周环境类型的理想探针。通过对光学余辉的能谱和鼓包上升、下降斜率的分析,我们计算得出介质密度指数k=0.74±0.08,既不是k=0的均匀介质环境,也不是典型的k=2的星风环境。在第二个工作中我们对洛伦兹破缺进行限制。洛伦兹破缺(LIV)会产生真空双折射,从而导致宇宙中暂现源的线性偏振光子的偏振平面产生一个和能量有关的旋转角。在这个工作中,我们试图在光谱偏振数据中寻找由真空双折射引起的线性偏振角随频率的变化。我们收集了5个耀变体在不同光学波段(UBVRI)的偏振观测数据。我们假设假设内禀偏振角是一个未知的常数,通过直接拟合5个耀变体的多波段偏振数据得到对洛伦兹破缺新的限制。这里,我们给出可以量化洛伦兹破缺的双折射参数η在2σ置信水平的限制范围:-9.63×10-8<η<6.55×10-6,这与之前紫外/光学偏振观测的结果相比提高了一个量级。通过对多波段余辉的观测,我们利用带有鼓包的早期光学余辉并结合外激波模型得到GRB 161017A的暴周环境是介于均匀介质和星风环境之间的一种中间状态。我们也期望这种带有鼓包特征的长暴可以为伽玛暴前身星质量损失的演化以及大质量恒星演化后期提供一些有效的线索。通过利用光学多波段偏振数据对洛伦兹破缺进行限制,得到了较之前在光学波段好一个数量级的限制。我们发现能量越高、距离越远,限制结果就越严格,期望未来会在X射线波段或是伽玛射线波段观测到丰富的多波段偏振数据,从而进行更加严格的限制。
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