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云南天文台伽玛射线暴X射线能谱的发射线探测研究获进展
2020-09-02  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  伽玛射线暴是宇宙中最为剧烈的爆发现象,高能伽玛射线辐射过后的X射线、光学、射电等波段的余辉辐射研究,是确定爆发前身星和星周环境基本物理性质的关键。伽玛暴通常被认为是银河系外的辐射,而余辉的X射线线特征探测,是确认伽玛射线暴红移(即距离)的重要手段。伽玛射线暴X射线能谱的发射线探测始于上世纪末,尽管极少数伽玛射线暴的观测结果显示有X射线辐射中存在发射线,但由于观测信噪比不高,发射线的确定存在难度,发射线的显著性至今仍存在争议。 

  针对此问题,中国科学院云南天文台刘杰英博士和毛基荣研究员分析认为,康普顿软化效应极大地削弱了伽玛射线暴X射线辐射中的发射线强度,对发射线探测的显著性产生重要影响。该研究成果近日发表在天文学期刊《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上。 

   等离子体和光子之间通过康普顿散射过程进行能量的转移,会导致发射线的强度和谱型以及等离子体温度发生改变。当光子经过低温等离子体环境,由于光子的平均能量大于电子热能,在与电子的散射过程中,光子就会损失能量,从而辐射谱减弱,这就是康普顿软化过程。在该项工作中,作者以铁发射线为例,计算了该发射线经过伽玛射线暴周围低温等离子体,在康普顿软化作用下的发射线强度和谱型随时间演化情况。 

  他们研究发现,不同电子温度和密度对发射线演化有重要影响。当发射线经过温度为1 keV且密度大于1012cm-3的等离子体时,发射线的强度在100秒之后就显著减弱。经过有效的电子散射之后,发射线轮廓逐渐偏离了初始的高斯谱型,最终与周围等离子体处于热平衡,而演化为黑体辐射谱。 

  该项研究对当前我国和国际上正在研制的高能卫星进行伽玛射线暴X射线能谱的发射线探测具有重要的科学意义,对高能卫星X射线探测的仪器研发也具有重要的促进作用。 

   该研究得到国家自然基金青年和面上项目以及云南省人才计划的资助。 

   论文链接

图1:铁发射线经过温度为1 keV,密度为2×1012cm-3cm的等离子体的时间演化结果

 
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