快速射电暴对应体的辐射研究

论文摘要

距离快速射电暴（Fast Radio Bursts,简称FRBs）被发现的十几年后,这类高能天体物理现象已经被许多地面射电望远镜在400MHz—8GHz的频率范围内观测到,但从物理角度来说,它们仍然保持着神秘。它们的特点是非常明亮（～Jy）、且非常短暂（～ms）的射电光子的爆发,不同频率的脉冲成分的到达时间不同,延迟时间满足△t ∝ v-2,这与射电波通过冷等离子体的传播是一致的。快速射电暴极大的河外超出色散量（DMsextragalactic～75-2600 pc cm-3）表明这类事件很有可能是银河系外或宇宙学起源。FRB 121102是唯一一个成功证认了宿主星系的快速射电暴事件:一个低金属的、低恒星形成率的、红移为z=0.193的矮星系。一定程度上证明了快速射电暴的河外或宇宙学起源。快速射电暴的理论模型需要解释如何在如此短的时标内辐射如此高的各向同性能量～1043 ergs-1。这需要引入相干辐射过程,并且辐射源非常致密。此外,快速射电暴还有各种各样的特征。目前观测到的快速射电暴有的具有圆偏振和/或线偏振,还有一些无偏振。脉冲的波形大部分表现为单峰,少量具有双峰或三峰的光变曲线。此外,许多快速射电暴在微观尺度上显示出复杂的时标为几十微秒的结构和特征。一般将快速射电暴分为非重复暴与重复暴。很长一段时间内,FRB 121102都是唯一被发现的重复快速射电暴,伴随着变化的脉冲形状,并且没有明显的周期性,旋转量（Rotation Measure,简称RM）远大于其他有旋转量观测的快速射电暴。在这之后,于2018年8月14日,位于加拿大的CHIME（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment）望远镜探测到了第二个重复快速射电暴事件,FRB 180814 J0422+73,这个新的重复暴再次引发了大量的关注。对于非重复暴,许多研究认为暂时还无法确定它们的非重复特征,可能只是尚未观测到重复特征而已。快速射电暴的物理模型有很多,例如双中子星并合时由磁制动产生的非重复快速射电暴、双中子星相互作用由磁重联产生的重复快速射电暴等等。很多模型表明这类天体物理现象的物理起源与中子星有关。关注不同物理模型可能的可观测特征和不同辐波段的对应体上,可以帮助指导未来的观测策略,加快排除理论模型的进程,最终揭开快速射电暴的神秘面纱。这一篇论文旨在关注快速射电暴的对应体辐射,研究特别是重复暴的具体特征以及相关物理模型的建立。论文的组织结构如下:在第1章中,我们对快速射电暴目前的一些进展进行了一个简要的概括浏览。首先介绍了快速射电暴的基本观测,包括色散量、偏振和旋转量、脉冲形状以及多波段的对应体。简单讨论了快速射电暴的物理模型,具体讨论了与超新星遗迹（Supernova Remnant,简称SNR）和伽玛暴（Gamma-Ray Burst,简称GRB）之间的联系。在第2章中,我们具体讨论了FRB 121102的持续的射电对应体。在这里我们提出,这一射电对应体可能来自一个由脉冲星驱动的脉冲星风星云（Pulsar Nebula Wind,简称PWN）,并且周围不存在超新星抛射物。它的周围介质是由前身星星风产生的分层结构。这一模型的参数需要受到射电对应体光谱、星云大小以及快速射电暴的大的并且随时间衰减的旋转量的限制。在第3章中,我们关注第二个重复快速射电暴FRB 180814J0422+73。我们在这一天体源的位置处,使用十年的费米大面积望远镜（Large Area Telescope,简称LAT）的数据,得到了能段范围100 MeV-10 GeV的流量上限和光度上限。利用这些上限,可以限制FRB的前身星以及中心引擎。我们分别从年轻磁星转动供能模型、外激波模型和偏轴伽玛暴模型限制了磁星参数、激波能量以及偏轴观测角。如果考虑FRB 180814J0422+73离我们更近,那么以上参数空间会得到更严格的限制。最后,我们在第4章进行了简单的总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 快速射电暴的基本观测
•     1.1.1 色散量
•     1.1.2 偏振和旋转量
•     1.1.3 脉冲形状
•     1.1.4 多波段对应体
•   1.2 快速射电暴的理论模型
•     1.2.1 快速射电暴与超新星遗迹
•     1.2.2 快速射电暴与伽玛暴
• 第二章 脉冲星风星云辐射:应用于FRB 121102的持续射电对应体
•   2.1 引言
•   2.2 脉冲星风星云的物理模型
•     2.2.1 动力学
•     2.2.2 辐射
•     2.2.3 色散量与旋转量
•   2.3 拟合结果
•   2.4 小结
• 第三章 FRB 180814.J0422+73的十年费米-LAT上限及其启示
•   3.1 引言
•   3.2 FRB 180814.J0422+73的费米-LAT观测
•   3.3 利用观测上限限制模型
•     3.3.1 转动供能的年轻磁星
•     3.3.2 伽玛暴冲击波
•     3.3.3 孤儿余辉
•   3.4 小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 相干辐射
•   A.1 集束粒子辐射
•   A.2 脉泽辐射
•   A.3 迪克超辐射
• 简历与科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨雨涵

导师: 戴子高

关键词: 快速射电暴,对应体,脉冲星风星云,磁星,伽玛暴

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 南京大学

分类号: P161

总页数: 76

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