伽瑪射線暴與高紅移恒星形成率.pdf

1、伽瑪射線暴（簡稱伽瑪暴）是一種伽瑪射線輻射突然增強(qiáng)的現(xiàn)象，在宇宙中爆發(fā)的方位具有隨機(jī)性，持續(xù)時(shí)間從幾個(gè)毫秒到幾千秒不等。早在1967年被美國的軍事衛(wèi)星“Vela”所發(fā)現(xiàn)，但出于軍事目的，其結(jié)果到1973年才公布于眾。1991年康普頓衛(wèi)星的發(fā)射，人們開始對(duì)伽瑪暴有了基本認(rèn)識(shí)。直到1997年“BeppoSAX”衛(wèi)星的發(fā)射與伽瑪暴余輝的發(fā)現(xiàn)，人們才確認(rèn)了伽瑪暴的宇宙學(xué)起源，尤其是光學(xué)余輝中超新星成分的發(fā)現(xiàn)，更是直接證論了伽瑪暴與大質(zhì)量恒星的塌

2、縮有關(guān)。2004年11月，美國航空航天局(NASA)發(fā)射了一顆專門用于研究伽瑪暴的衛(wèi)星“Swift”。由于其快速定位能力，使人們能夠迅速作出反應(yīng)并測(cè)定伽瑪暴的紅移。“Swift”最大的貢獻(xiàn)之一便是它為人們提供了大量的伽瑪暴紅移樣本，從此奠定了伽瑪暴作為宇宙學(xué)工具的基礎(chǔ)。
　　本文以“Swift”衛(wèi)星已知紅移的伽瑪暴樣本為基礎(chǔ)，第二至四章將研究伽瑪暴峰值光度與峰值能量之間的相關(guān)性，計(jì)算伽瑪暴的偽紅移，研究伽瑪暴光度函數(shù)的演化效應(yīng)，并

3、預(yù)言星族Ⅲ恒星存在的可能。此外，本文第五章通過對(duì)宇宙紅外背景輻射的研究，將進(jìn)一步對(duì)高紅移恒星形成率進(jìn)行限制。
　　Swift上天后，人們一直致力于研究伽瑪暴光度函數(shù)的演化問題，但始終沒有定論，其中最關(guān)鍵的因素是伽瑪暴紅移樣本的大小。因此，本文第二章主要致力于解決這個(gè)問題。伽瑪暴紅移的測(cè)量無非是通過余輝或是宿主星系，然而，就目前而言BAT所觸發(fā)的近八百個(gè)暴中只有不到兩百個(gè)暴是有觀測(cè)紅移的。顯然，這對(duì)于研究不同紅移范圍內(nèi)伽瑪暴的光度函

4、數(shù)而言，這個(gè)樣本仍然太小。本文第二章首先通過已知紅移的伽瑪暴樣本，研究它們某些量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)，伽瑪暴的峰值能量與峰值光度之間存在比較強(qiáng)的相關(guān)性。根據(jù)這個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，我們估算了近五百個(gè)Swift暴的偽紅移。第三章，通過這個(gè)“擴(kuò)大”的紅移樣本擬合不同紅移范圍內(nèi)的光度分布，我們發(fā)現(xiàn)伽瑪暴光度函數(shù)與紅移之間有明顯的演化效應(yīng)。更讓人意想不到的是，我們發(fā)現(xiàn)伽瑪暴的爆發(fā)率與恒星形成率之間的比例系數(shù)隨紅移增大而減小，這完全顛覆了人們之前的認(rèn)識(shí)

5、。
　　高紅移恒星形成率一直是天文學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一，這也是本文研究的另外一個(gè)重點(diǎn)，第四和第五章將主要致力于研究解決這個(gè)問題。本文將從兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)出發(fā):(1)第四章中，首先利用恒星形成率的半解析模型計(jì)算星族Ⅰ/Ⅱ和星族Ⅲ的恒星形成歷史，通過擬合伽瑪暴偽紅移分布，對(duì)高紅移恒星形成率進(jìn)行限制。然后，根據(jù)恒星形成率與CMB光深之間的關(guān)系，進(jìn)一步對(duì)星族Ⅲ恒星形成率進(jìn)行討論研究。然而，令人意想不到的是我們發(fā)現(xiàn)了大量星族Ⅲ恒星伽瑪暴存在于Swf

6、it樣本中的可能，并估計(jì)大概只有1％的星族Ⅲ伽瑪暴能被Swift觀測(cè)到。(2)第五章中，我們先從表象上假設(shè)高紅移恒星形成率的演化形式與低紅移處有類似的情況∝(1+z)α，通過模型計(jì)算，我們可以得到星族Ⅰ/Ⅱ與星族Ⅲ恒星占總恒星形成率的比例。而觀測(cè)上發(fā)現(xiàn)近紅外波段的背景輻射存在一定的超出現(xiàn)象，目前認(rèn)為這些超出部分很可能來自高紅移的星族Ⅰ/Ⅱ恒星和星族Ⅲ恒星。據(jù)此，我們將高紅移恒星形成率限制在一個(gè)比較平的平臺(tái)范圍內(nèi)，冪指數(shù)0(≤)α(≤)1