伽玛暴X射线耀发及热成分研究 ——以GRB 170519A和GRB 190109A为例

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伽玛暴火球光球层模型、Cocoon模型等均预言其能谱应存在热成份,然而有热成分的伽玛暴很少被探测到,尤其是在整个瞬时辐射具有明显热成分的样本。观测显示在X射线耀发存在有热成分的现象,其物理起源也还没有明确的解释。本工作以GRB 170519A(红移z=0.818)和GRB 190109A为例对伽玛暴中热成份起源及X射线耀发起源进行研究。Swift/XRT观测到明亮的GRB 170519A X射线耀发为特征,KIAT(The Katzman Automatic Imaging Telescope)等望远镜对 GRB 170519A 的光学具有较好的观测数据,联合多波段数据对GRB 170519A分析得到:(1)基于BAT、X射线及光学观测联合谱分析得到,GRB170519A的X射线的第一个耀发(Flare 1)能谱能很好符合幂率(PL)模型,而第二个耀发(Flare 2)能很好符合PL+热成分模型(BB);(2)基于GRB170519A的Flare2时间分辨谱得到得到热成分各向同性光度LBB和温度kT的关系LBB,(170-240:T)∝k 3.8±1.0,与光球层模型预言一致,X射线耀发中热辐射成分出现在晚期则表明与中心引擎再活动有关,X射线耀发Flare2及软γ射线脉冲为同一成分且都是由中心引擎再活动产生;(3)基于光球层模型,得到GRB170519A X射线耀发Flare 2中光球层的半径rph分布在(1.5~6.0)×1012 cm之间,光球层洛伦兹因子Γph分布在20-26之间;(4)GRB170519A的晚期X射线与光学余辉显示较好的同色行为,基于外激波模型得到Γ0~60,εe~0.014,εB~1.1×10-4,n~15,Ek,iso~9.0×1053 erg,θj~0.08rad,p~2.39。而其早期余辉存在磁能均分因子εB随时间演化的现象,即εB,t<550s∝t-3.66±0.11及εB,550s<t<2000 s ∝t-0.47=±0.11,2千秒后εB为常数后与标准正向激波模型预言光变保持一致。GRB 190109A是一个非常特殊的长暴,通过对其瞬时辐射联合谱的系统研究以及余辉分析,主要结果有:(1)总时间积分谱和时间分辨谱分析结果得到,GRB 190109A瞬时辐射以热成份为主导,且热成分贯穿四个脉冲,黑体温度kT范围在24.7 keV至8.2 keV内变化;(2)在早期(Pulse I)得到流量F ∝kT-0.40(-4-20 s)和晚期(Pulse Ⅱ-Ⅳ)得到F ∝ kT3.33±0.76(20-120 s)。早晚期kT-F关系的偏离光球层模型,可能是对应Cocoon主导辐射转变为光球层主导辐射的过程;(3)本工作估算了光球层参数rph~1×1011-2×1012cm,火球的无量纲熵η~200-5000,光球层处洛伦兹因子Γph~40-500。对GRB 170519A和GRB 190109A的系统研究发现,以热成分主导瞬时辐射特征至少在部分伽玛暴中存在。在不同时标的热辐射成分可能对应着喷流和中心引擎的不同物理过程。产生热辐射的物理过程有Cocoon或喷流中的光球层辐射,这两种辐射机制可能有不同时期不同机制主导的过程。
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