中心能源作用下的并合新星与超亮超新星研究

论文摘要

传统的超新星或者类超新星暂现源,比如理论上的千新星,被认为是由放射性衰变供能。通常放射性衰变加热率与抛射物质量以及放射性元素含量有关,因而对超新星峰值光度存在一定的限制。除了放射性衰变,另一种可能的供能方式一中心能源供能,也扮演着重要作用。一颗高速旋转的磁星作为中心能源,在并合新星与超亮超新星研究中被广泛采用。由于来自磁星的能量注入,使得并合新星与超亮超新星的光度一般要高于千新星与传统超新星。除了作为并合新星与超亮超新星的中心能源,历史上,毫秒磁星早已被认为是伽马射线暴（伽马暴）的可能中心能源。一颗长时间存活的磁星有助于解释伽马暴余辉辐射中的平台与耀发现象。根据持续时间的长短,伽马暴可以分为长暴与短暴。长暴普遍被认为与大质量恒星塌缩相关,而短暴起源于双致密星并合。GRB111209A/SN2011kl是有史以来发现的第一例伽马暴—超亮超新星成协。GRB111209A/SN2011kl的成协,将伽马暴研究与超亮超新星研究联系起来。在2017年,引力波信号GW170817的探测直接验证了短暴可以形成于双中子星并合。除了短暴,并合后形成的并合新星也可以作为引力波信号的电磁对应体。由于准各向同性的辐射特征,同时又比传统意义上的千新星更为明亮,并合新星被认为是最为理想的引力波信号电磁对应体。作为统一的中心能源,磁星供能将伽马暴,并合新星与超亮超新星研究联系了起来。因此,通过借鉴伽马暴理论,本文主要探究磁星供能模型在并合新星与超亮超新星中的应用。基于磁星供能模型,本文主要介绍了我们在并合新星与超亮超新星方面的四个的工作。（1）在光学巡天中发现并合新星可以一定程度上估计双中子星并合率,从而指导引力波的探测。作为直接的尝试,我们从PS1-MDS巡天中发现了可能的并合新星候选体。（2）如何从众多的光学暂现源中区分出并合新星需要更好的方法。由于来自中心磁星的能量注入,在并合抛射物中会形成向外传播的激波。在穿出抛射物时,会形成短时标的明亮的激波突破辐射。这可以作为并合新星特殊的前兆辐射,有助于快速分辨出可能的并合新星候选体。（3）并合新星本身作为引力波信号的电磁对应体,有助于对双中子星引力波信号的证认。GW 170817的发现让我们第一次有机会深入研究双中子星并合的过程。从千新星和并合新星的区别出发,我们利用中心能源模型重新对与引力波成协的AT2017gfo进行了多波段拟合,发现并合新星模型可以更自洽的解释AT2017gfo。我们的结果显示相应的并合产物应该是一颗长时间存活的大质量中子星,这对目前多数的中子星状态方程来说是一个不小的挑战。（4）除了双中子星并合,我们也尝试寻找超亮超新星中心能源与伽马暴中心能源之间存在的区别与联系。初步的统计结果显示,超亮超新星磁星与伽马暴磁星在磁场强度上存在明显的区别。基于磁星供能模型,通过引入耀发式的能量注入,我们拟合了SN2015bn光变曲线的多次起伏特征。这预示出中心能源的长时标活动性。通过与伽马暴耀发对比,发现两者在时标和光度上存在一定的联系。因此,尽管具有不同的磁场强度,超亮超新星磁星与伽马暴磁星一定程度上也存在着相关性。基于此,我们尝试在一个统一的框架里讨论了由磁星驱动的各种爆发现象。将来一个统一的磁星供能模型的建立是非常有意义的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 伽马射线暴
•     1.1.1 观测历史
•     1.1.2 基本模型
•     1.1.3 中心能源
•     1.1.4 长暴与短暴
•   1.2 千新星与并合新星
•     1.2.1 传统放射性衰变供能
•     1.2.2 中心致密天体供能
•     1.2.3 GW170817与AT 2017gfo
•   1.3 超亮超新星
•     1.3.1 超新星与超亮超新星分类
•     1.3.2 能源机制与光度限制
•     1.3.3 超亮超新星与伽马暴
•   1.4 研究动机以及内容安排
• 第二章 激波突破—并合新星的前兆辐射
•   2.1 激波动力学过程
•   2.2 激波突破辐射
•   2.3 小结和讨论
• 第三章 探究与引力波成协光学暂现源AT 2017gfo的能源机制
•   3.1 AT 2017gfo与“蓝红”千新星
•   3.2 放射性衰变供能的局限性
•   3.3 并合新星与中心能源供能
•     3.3.1 完善并合新星模型
•     3.3.2 黑洞吸积盘
•     3.3.3 自转减慢中子星
•   3.4 小结和讨论
• 第四章 在巡天观测中发现并合新星候选体
•   4.1 PS1-MDS暂现源
•   4.2 能源机制
•   4.3 拟合结果
•   4.4 小结和讨论
• 第五章 超亮超新星与伽马暴在中心能源上的区别和联系
•   5.1 超亮超新星的初步统计结果
•   5.2 SN2015bn
•     5.2.1 本底光变
•     5.2.2 光变起伏与中心能源的耀发活动性
•   5.3 关于磁星供能的一些讨论
•   5.4 小结
• 第六章 总结和展望
• 附录A 类超新星辐射中的磁星供能模型
• 附录C 相对论形式的并合新星模型
• 附录B Arnett定律
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文列表
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李少泽

导师: 俞云伟,郑小平

关键词: 伽马射线暴,中子星,引力波,超新星,激波,耀发

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 华中师范大学

分类号: P145.3

总页数: 131

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