快速射电暴的物理起源及活动特征的研究

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快速射电暴(Fast radio bursts,FRBs)是一种神秘的射电爆发现象,具有极短的持续时间和极高的亮温度。它的物理起源目前还不清楚,是当前天体物理的前沿课题之一。本文主要介绍快速射电暴的研究现状,并对快速射电暴周期性活动现象展开深入研究。FRB来源于宇宙学尺度上,爆发能量高,持续时间短。由于其高达1035K的亮温度,其辐射机制必须为相干辐射。FRB的辐射频率为100MHz到8GHz之间,目前只有FRB200428观测到具有一个硬X射线的高能对应体,其他FRB的多波段对应体尚未发现。FRB200428及其成协的X射线被证实来自于银河系的一颗磁星SGR J1935+2154,这表明至少部分FRB的中心引擎是磁星。FRB有两种可能的辐射起源,一个与脉冲星类似,产生于中子星的磁层内粒子的高能辐射过程,另一种则产生在远离磁层的相对论性激波中。FRB的传播可以用来研究暴周介质、星际和星系际介质等。目前大多数的FRB都是非重复的,仅有二十多个重复爆发的源被发现,其中一小部分FRB具有周期性的活动特征,例如FRB 180916B和FRB 121102。本文中我们主要考虑磁星转动的动力学演化过程,进而得到磁星自由进动的演化,假设FRB的观测周期来自磁星的自由进动过程,从而限制出具有周期性活动的FRB的源的年龄。基于磁星转动的动力学演化,考虑到磁偶极辐射和引力波辐射对自转和磁倾角的影响,我们在不同初始参数分布的情况下,如初始自转周期、初始磁场和形变参量等,计算得到了磁星自转、磁倾角、磁场和进动周期等一系列物理量的演化,通过观测上FRB周期反推磁星的年龄。我们发现能产生FRB的磁星的年龄被限制在几百到几千年的范围,该发现与FRB 200428所成协的磁星SGR J1935+2154的观测一致,并且我们还预言今后FRB的活动周期会逐渐增加。我们得到的磁星年龄都比较年轻,符合FRB起源于年轻磁星的假设。在此图像上,我们还讨论了观测概率以及观测上最长的活动时间。以上研究有望在今后的FRB观测中被进一步检验,从而解释FRB的天体物理学起源。
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