磁场对中微子主导吸积盘的影响——伽玛暴中央引擎的一种模型.pdf

华中科技大学硕士学位论文磁场对中微子主导吸积盘的影响——伽玛暴中央引擎的一种模 型姓名：谢祎申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：汪定雄20070531华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I摘摘 要要 伽玛射线暴是宇宙中的伽玛射线突然增亮的现象，是继大爆炸后最剧烈的爆发自其发现以来就一直是天体物理中的一大谜团现在一般认为长暴源自大质量恒星的星核坍缩，观测上与恒星形成区相关；短暴可能发生于双中子星（NS-NS）或中子星与黑洞（NS-BH）系统合并的过程中，观测上与年老的椭圆星系相关联伽玛暴喷流的真实能量现在理论家和观测家达成的共识是5110 ergs∼另外，伽玛暴余辉的标准冲击波模型也已经建立起来了 本文主要研究伽玛暴的中央能源机制目前较为成功的能源机制模型两种：一种来自重子喷流能量，一种是磁场耗散能量，分别有中微子主导吸积盘模型和磁化吸积盘模型与之对应本文在这两种模型的基础上，研究了磁场对中微子主导吸积盘的影响，并对 X 射线耀的产生机制提供了一种可能的方案论文的具体内容安排如下： 首先，我们介绍了伽玛暴及其余辉的一些主要观测特征；介绍了黑洞吸积盘理论发展的主要脉络，以及当前伽玛暴领域中各种理论模型的综述。

其次，我们着重介绍了伽玛暴中央引擎的两种理论模型，即中微子冷却主导的黑洞吸积盘理论和磁化吸积盘理论在这两种模型的基础上，我们考虑了磁场对中微子主导盘的影响通过模型计算，用方程解的结果比较了中微子辐射功率与磁场的 BZ 过程和 BP 过程的喷流功率的大小， 发现电磁过程提能比中微子过程更为重要 接着， 我们介绍了余辉中 X 射线耀的观测特征和现有的一些中央引擎重新启动以产生内激波的理论模型，同时我们也讨论了一种磁场放大与磁炸弹交替发生的模型，试图解释存在于一个暴后的多次发生的 X 射线耀 最后，我们对伽玛暴领域现阶段的研究状况及存在的一些问题作了总结与讨论，并对未来发展和我们下一步的研究方向作了展望 关键词：关键词：伽玛射线暴 黑洞吸积盘 X 射线耀 中微子 磁场 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 IIAbstract Gamma-ray bursts (GRBs) are flashes of gamma-ray occurring at cosmological distances, being the most powerful explosions since the Big Bang. GRBs became one of the biggest enigmas in astrophysics since they had been discovered by Vela satellite. Long GRBs root in core collapses of massive, rapidly rotating stars, for some of which, supernovae in spiral galaxies have been observed coincidently; by contrast, Short GRBs may arise from coalescence of neutron stars or black hole binary systems as a result of damping of gravitational radiation, and associatations between Short GRBs and elliptical galaxies have been reported. The standard shock model for GRBs afterglows has been established, and jet in GRBs and their afterglows are widely believed, so that the ture energy of GRB jets around5110 ergsare commonly accepted. The researches in my thesis focus on the mechanisms of GRBs central engine. Sagnificant progress has been made in two types of mechanisms of GRBs central engine: the baryonic energy and the Poynting flux energy, which is corresponding with the model of neutrino-dominated accretion disk and magnetic accretion disk, respectively. Based on these two kinds of model, we investigate the effects of magnetic field on neutrino-dominated accretion disk, and we also suggest a possible mechanism for X-ray flares which were observed in GRBs afterglows. Thesis is arranged as follows: Firstly, we present a general review in Chapter 1 on the observations of GRBs and their afterglows and detailed review on the GRBs central engine; we also introduce the milestone results in the theory of BH accretion disk. Secondly, the two types of mechanisms of GRBs central engine are discussed in details and we focus our study mainly on the effects of magnetic field on neutrino-dominated accretion disk. By numerical analysing, We find that the electromagnetic processes during the Bursts are much more important than the neutrino 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 IIIprocesses, and we compare the power of neutrino emission with of BZ process and BP process as well. Thirdly, we introduce the main observational property of X-ray flares in the afterglows of GRBs and some of central engine restarting mechanisms for internal shock model of it as well. And then, we suggest a model in which the magnetic field magnifying and B-bomb occur alternately that might interpret the several flares in one Burst. Finally, we summarize some of the open questions in the current GRBs research field and we also give a review on the polarization of GRBs and their flares emission, which might be the biggest observational difference between the baryonic energy and the Poynting flux energy model. Keywords: Gamma-ray bursts Accretion disk X-ray flares Neutrino Magnetic field 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□， 在 年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 11 绪论绪论 伽玛射线暴（gamma-ray bursts, 简称伽玛暴，简记 GRB）是发生在宇宙学距离上的短时间伽玛射线（几十个 keV 以上）突然增亮的现象，是宇宙中继大爆炸后最为剧烈的爆发。

1963 年，美国发射了通过探测伽玛光子来监测苏联核爆炸实验的 Vela 卫星洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们利用 Vela 的高能探测器意外地观测到了来在太空的伽玛射线辐射源，一部分源自太阳，另有一些却来自空间的各个方向直到1973 年，该实验室的 Klebesadal 等人才将 Vela 的这一重要观测结果发表在了著名的天体物理杂志上[1]，正式标志了伽玛暴研究领域的诞生不久，苏联的 Konus 卫星[2]美国的 IMP-6 卫星[3]证实了来在外太空的伽玛暴 从 1973 年宣布伽玛暴的发现到 1991 年的近 20 年间，人们对伽玛暴的认识处于“黑暗时期” 当时的高能卫星远未达到能将伽玛暴在短短几十秒内精确定位的灵敏度和精度，因而伽玛暴的距离是未知的，也就无从知晓伽玛暴的真实能量理论天体物理学家们围绕着两种假设的距离尺度展开了暴模型的研究，一种是银河系起源，认为伽玛暴发生在银河系以内，这样其能量应4410≤尔格；另一种是宇宙学起源，伽玛暴的各向同性能量可达5310尔格，比超新星的能量（5310尔格）还要高一两个量级两种模型间辩论相当的激烈，为此英国著名天文学家Martin Rees甚至和Paczynski打赌，赔率是1:100。

在“黑暗时期” ，由于在软重复暴SGR 0526-66种特测到周期约8秒的脉冲以及 Ginga 卫星宣称在伽玛暴中测到共振吸收线等因素，大部分理论家相信伽玛暴起源于银河系内的中子星距离之争呈现出了一边倒的趋势，直到1991年美国的康普顿天文台升空 康普顿天文台（Compto。