Swift时代伽玛射线暴及其余辉的多波段研究.doc

附件2 论文中英文摘要 作者姓名：俞云伟 论文题目：Swift时代伽玛射线暴及其余辉的多波段研究 作者简介：俞云伟，男，1981年3月生。2000年9月至2004年6月在华中师范大学物理科学与技术学院理科基地班学习并获理学学士学位。2004年9月起，师从华中师范大学物理科学与技术学院郑小平教授，从事中子星相关方向的研究工作，分别于2006年6月和2009年6月获华中师范大学理学硕士和博士学位。作者所完成的三篇学位论文均被评为湖北省优秀学位论文。攻读博士学位期间（2006年9月至2008年12月），受教育部访学博士生项目资助，赴南京大学天文系交流学习，师从戴子高教授，开展伽玛射线暴相关研究工作。2009年7月起任职于华中师范大学。自2004年以来，作者在高能天体物理方向，尤其是伽玛射线暴和中子星相关领域，以第一、二作者发表SCI研究论文16篇（主要发表在ApJ,MNRAS,AA,PRL等期刊）。其中两篇论文分别被评为湖北省第十二、十三届自然科学优秀学术论文。对伽玛暴多波段余辉（包括中微子余辉）辐射和瞬时辐射机制，以及伽玛暴中心磁星性质及其作用等问题做出过详细研究，近来也开始关注银河系中心、早期宇宙以及暗物质等相关问题。因作者的研究工作，2008年作者曾入选国家优秀博士生代表团（全国25人），受邀参加了（德国林岛）第58届世界诺贝尔奖获得者大会。2009年10月至2011年1月，作者在香港大学物理系从事博士后研究，合作导师为郑广生教授，继续伽玛暴的研究工作。我们合作完成的关于某些高红移伽玛暴可能起源于宇宙弦的工作发表于PRL上（10.1103/PhysRevLett.104.241102）。英国《新科学家》杂志和美国《国家地理》杂志（网络版）相继对该项工作给予了关注和新闻报道，2010年终还被《国家地理》评十大“Best Cosmic Mindblowers of 2010 From National Geographic News”之一。 中 文 摘 要 伽玛射线暴（简称伽玛暴）是一种来自太空任意方向的伽玛射线（~0.1-1MeV）脉冲式辐射现象，最早由Vela卫星在1967年发现，一直以来它都是萦绕在天文学家心头的一个重大谜团。1997年伽玛暴余辉的发现使得人们终于能够准确地测定伽玛暴的红移和寻找它们的宿主星系，从而确定了伽玛暴的宇宙学起源；同时，余辉的发现也促进了伽玛暴及其余辉标准模型的建立：即瞬时辐射起源于伽玛暴外流体内部的能量耗散（通过内激波或磁重联等过程），而余辉辐射则来自于外流体在暴周环境中运动时所形成的外激波（即伽玛暴冲击波）。为了对更早阶段的辐射进行多波段观测，美国国家航空航天局（NASA）于2004年11月发射了专门用于伽玛暴研究的Swift卫星。该卫星工作以来，以其快速响应与精确定位的能力和多波段观测的手段取得了一系列令人瞩目的成就（本文第一章将对此进行较为详细的综述），开创了伽玛暴研究的Swift新时代。 基于Swift时代以来的研究进展，本文第二至六章将对伽玛暴早期余辉辐射特征以及若干多波段瞬时辐射进行理论解释和模型预言。此外，作为作者攻读博士学位期间的另一项工作，本文第七章将就中子星的演化问题进行一些研究。对中子星性质的更多了解，可能对更好地认识伽玛暴中心能源有所帮助。 Swift卫星观测到的X射线余辉早期缓慢衰减和X射线耀发现象，在余辉标准模型下均无法理解，因此本文第二、三两章的研究将致力于解决这两个问题。（1）对于余辉的缓慢衰减，基于已有的Poynting外流演化理论，我们认为中心能源在暴后通过磁过程继续释放的能量将导致一个由正负电子对主导的极端相对论性星风，其作用在伽玛暴冲击波上而形成相对论性星风泡（包括一对相对论性正反激波）。我们的数值计算结果表明，根据反向激波磁化程度的不同，可将相对论星风泡大致分为正向和反向激波主导两种类型。对观测数据的拟合则显示，由于反向激波化物质对冲击波做功以及反向激波本身的辐射，相对论星风泡模型能够很好地解释某些早期变平的X射线余辉光变曲线。（2）对于X射线耀发现象，一般认为起源于中心能源在暴后的间歇性能量爆发，而滞后的内激波过程则是将这些爆发所释放的能量最终转化为X射线辐射的一种可能的有效途径。我们将在第三章中对滞后内激波的动力学进行细致描述，并由此进一步得到X射线耀发的理论光度和光变曲线。通过与X射线耀发观测统计性质的比较，可对滞后内激波模型的动力学参数给出限制，而这些参数直接描述了中心能源所抛出壳层的性质。 能够较好解释X射线余辉缓慢衰减现象的能量注入模型主要有两类，分别是相对论星风泡模型和伽玛暴外流体Lorentz因子径向分布模型。对这两类模型加以区分是一个迫切的任务，而对它们进行多波段研究自然是十分有效的手段。本文第四章研究了这两类模型所预言的高能余辉辐