GRB的突发伽玛射线暴来自共振逆康普顿散射机制.ppt

GRB的突发伽玛射线暴来自共振 逆康普顿散射机制 陈磊(1) 刘当波(2) 黄永锋(3) 尤峻汉(2) 1.中科院上海天文台 2.上海交通大学物理系 3.南京大学天文系 I.引言 GRB：宇宙空间中强的突发性的伽玛射线点源 GRB的流行模型火球模型,要点: 1. 早期的伽玛射线主暴来自：内激波 2. X-ray和光学余辉则来自：外激波 3. 伽玛射线的辐射机制：同步辐射(有人同时 考虑逆康普顿散射)-所需相对论电子(快电子 ), 来自内激波的碰撞。 标准模型：the Fireball Model main burst Inter- Stellar Medium 108 km 1000 内激波 初始火球 e+, e- p R10 km E1052 ergs M1 Afterglows 然而，同步辐射(和逆康普顿散射)机制面临困难， 与观测矛盾。 例如： 1. 关于伽玛射线谱。为何观测的伽玛射线谱总是 折断的幂律形谱？Stern Lloyd-Ronning Coburn Kalemci et al, 2007; ApJ) GRB 021206: 伽玛光子的线偏振度高达(8020)% ？ 4. Amati 关系: (Amati, 2006, MNRAS, 372, 233; 2002, A Yonetoku et al., 2004, ApJ, 609, 935; Sakamoto et al., 2004, ApJ, 602, 875) Fig. 2 5. 能量转换效率很低.(Piran 1999, Phys. Rep) 中间过程多. 复杂链条: 并合形成火球(引力能释 放 )火球膨胀形成抛射(内激波)内 激波碰撞形成相对论电子同步辐射或逆康普 顿散射形成X-射线多普勒移动，形成 rays. 链条中，多少引力能转换成最终的 rays? 我们建议：我们建议： 既然传统的辐射机制在解释这些观测事实时遇到 困难，就应寻求新的伽玛射线辐射机制并尝试新 模型来解决这些目前存在的问题。 要点: 用强磁场相对论电子的共振逆康普顿散射 (RICS) 代替流行的同步辐射(以及普通逆康普顿散 射ICS)解决这些困惑。 我们认为: 这是探讨GRB的 rays起源的很有希望 的新路! II. 共振逆康普顿散射(RICS)及 其在GRB中的作用 2.1. 先说观测对 ray辐射机制的限制 i). 要求该辐射机制非常高效,以和观测匹配 ; ii).该机制的辐射波段必须主要在 ray波段 ; iii).它产生的 ray光子能够躲避强吸收(如 磁湮灭和 湮灭), 顺利逃出. 即不只产生 ray光子, 还能跑出来(即可以解决致密性 难题). iv). 它产生的 ray辐射应当是偏振的， 用以说明观测； v). 可以容易地复制出观测到的折断的非 热幂律谱，且不求助于复杂的假定； vi). 最后，它能够解释Amati relation的 物理本质，容易由它导出统计关系 以下论证：RICS机制满足以上条件。 2.2 RICS物理概说： 相对论电子在强磁场中力学运动特点： a). 在实验室系S考察RICS, 快电子在磁 力 线方向沿拉紧的螺旋轨道运行而散 射光子方向也是沿着磁力线。 b). 在电子静止系（ERF）S观察RICS， 电子在圆轨道上运动。量子化能级 。 S系中,入射光子和电子的碰撞总是 对头碰。 在电子静止参考系ERF中(对散射做理论处理方便)散射截面与 频率的关系, 细说：先说非共振的逆康普顿散射 如果 ，非共振散射和普通的，没有磁场时 的逆康普顿散射其实无区别。因为此时严格的QED 理论给出的散射截面 。 反之，如果 ，非共振散射实际已不存在，因 为QED给出 。 此时，散射被磁冻结了。大量的低频光子时是无 用的垃圾光子。这说明普通逆康普顿散射在强磁 场中变得很不重要。 磁冻结：磁场太强，低频光子扰动不了被束缚很紧的电子。 再说共振的逆康普顿散射 如果在电子静止参考系ERF中，入射光频率 特别是当 ，则有共振的逆康普顿散射。 记为RICS，用以区别共存的ICS。RICS性质特殊，很重要。因 为QED共振截面 ，亦即具有极高的辐射效率。 例如： ， 。 因此，若周边有足够多能共振吸收的光子（即满足匹配条件） ，电子会很快耗尽能量变成辐射。 许多学者对此工作有贡献，Herold,Dermer, Daughty Zhang