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的現(xiàn)象，在宇宙中爆發(fā)的方位具有隨機性，持續(xù)時間從幾個毫秒到幾千秒不等。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，人們開始對伽瑪暴有了基本認識。直到1997年“BeppoSAX”衛(wèi)星的發(fā)射與伽瑪暴余輝的發(fā)現(xiàn)，人們才確認了伽瑪暴的宇宙學起源，尤其是光學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量恒星的塌

2、縮有關。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并測定伽瑪暴的紅移?！癝wift”最大的貢獻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工具的基礎。
　　本文以“Swift”衛(wèi)星已知紅移的伽瑪暴樣本為基礎，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性，計算伽瑪暴的偽紅移，研究伽瑪暴光度函數(shù)的演化效應，并

3、預言星族Ⅲ恒星存在的可能。此外，本文第五章通過對宇宙紅外背景輻射的研究，將進一步對高紅移恒星形成率進行限制。
　　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問題。伽瑪暴紅移的測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)的近八百個暴中只有不到兩百個暴是有觀測紅移的。顯然，這對于研究不同紅移范圍內伽瑪暴的光度函

4、數(shù)而言，這個樣本仍然太小。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)驗關系。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的相關性。根據(jù)這個經(jīng)驗關系，我們估算了近五百個Swift暴的偽紅移。第三章，通過這個“擴大”的紅移樣本擬合不同紅移范圍內的光度分布，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。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識

5、。
　　高紅移恒星形成率一直是天文學界的研究熱點之一，這也是本文研究的另外一個重點，第四和第五章將主要致力于研究解決這個問題。本文將從兩個出發(fā)點出發(fā):(1)第四章中，首先利用恒星形成率的半解析模型計算星族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，對高紅移恒星形成率進行限制。然后，根據(jù)恒星形成率與CMB光深之間的關系，進一步對星族Ⅲ恒星形成率進行討論研究。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，并估計大概只有1％的星族Ⅲ伽瑪暴能被Swift觀測到。(2)第五章中，我們先從表象上假設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比較平的平臺范圍內，冪指數(shù)0(≤)α(≤)1