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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

发布时间:2020/9/3编辑:Ma Liang 人气:2271

  【阿仪网 实验室动态】伽玛射线暴是宇宙中剧烈的爆发现象,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存在争议。

  中国科学院云南天文台博士刘杰英和研究员毛基荣认为,康普顿软化效应较大的削弱伽玛射线暴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。相关研究成果发表在《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,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。该研究中,研究人员以铁发射线为例,计算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。

  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秒之后显著减弱。经过有效的电子散射之后,发射线轮廓逐渐偏离初始的高斯谱型,最终与周围等离子体处于热平衡,演化为黑体辐射谱。

  该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科学意义,对高能卫星X射线探测的仪器研发具有促进作用。研究工作得到国家自然科学基金青年基金项目、面上项目以及云南省人才计划的资助。

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