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伽玛暴(Gamma-Ray Burst)是来自与宇宙空间的,在伽玛射线波段短时间内产生的强烈爆发的天文现象。它于1967年被美国的Vela卫星所发现。这一新奇的发现在过去的40多年吸引着一代又一代的科学家来研究它。如今,已经基本确立了“火球+激波”的GRB的标准模型。我们确信GRB是宇宙深处发出的,与大恒星死亡或者恒星级致密星活动相关的爆发现象。Compton伽马射线天文台的在上世纪90年代早期大量观测结果已经表明了伽玛暴这一结论。1997年,意大利和荷兰联合研制的BeppoSAX卫星精确定位了使得人们发现伽玛暴的X射线、光学以及射电波段的余辉源,之后伽玛暴的宿主星系也被发现。由光学余辉中的吸收线或宿主星系的发射线得到的红移毫无争议的证实了伽玛暴来自宇宙学距离的起源。随后几年中,观测上X射线闪被发现和长暴与超新星成协的证据不断积累,理论上长暴的大质量恒星塌缩模型和短暴的双中子星合并模型被仔细研究,余辉的激波模型被建立,解释观测到的多种各种形式的余辉的后标准效应也被讨论。最近,伽玛暴还被用来检验洛伦兹变换破缺、引力波辐射等其他领域的前沿问题。
本论文着重围绕伽玛暴的余辉来对伽玛暴暴周环境和宿主星系的尘埃等问题展开讨论。
第一章先介绍伽玛暴在观测和在理论上两方面的研究历程,简单描述了伽玛暴的特点和规律,以及伽玛暴的中心能源模型。随后较详细的描述了伽玛暴的火球模型、瞬时辐射的内激波模型,和各波段余辉的外激波模型。
第二章介绍关于尘埃的知识。从尘埃发现数十年历程开始,描述人类从猜测到怀疑直至确认宇宙空间尘埃存在的过程,再到发现尘埃在宇宙物质演化、能量守恒和修正观测的重要性。接着详细总结了尘埃在观测上和在理论上,人们不断得到的进展。最后简单介绍人们对银河系外的尘埃的测量方法,和一些虽然极其有限但非常宝贵和重要的结果。
第三章是我的工作。已知伽玛暴是宇宙中最强烈的爆发现象,由于他具有非常高的光度,我们可以看到很高红移处的伽玛暴。通过分析伽玛暴的余辉,利用更加直接而可靠的方法,即寻找X射线余辉和光学红外余辉随时间演化一致的暴,得到其宿主星系真正的消光特点。并利用尘埃的石墨-硅酸盐模型来拟合得到红外到紫外的消光值。用该方法第一次发现了伽玛暴宿主星系的消光曲线也存在着类似与银河系的消光特征-2175埃鼓包,也即石墨颗粒的存在。另外消光曲线在红外有与波长倒数成反比背离的现象。同时还发现了宿主星系的消光曲线有比较平滑和比较陡峭的区别,但当地的光学消光都比较小。从几十秒到几万秒的光变没有明显变化来看,暴周围尘埃在暴后这段时间没有明显变化,即尘埃没有明显的被光致电离破坏。在当地为太阳金属丰度假设下,通过比较余辉X射线的吸收柱密度和光学吸收柱密度,发现X射线波段的吸收要比光学高出2个量级。