新辐射机制在高能天体物理学中的理论与应用研究
发布时间：2021-12-25 10:41
最近十几年来，由于空间技术的飞速发展，使X射线和γ射线天文学进入空前繁荣时期，极大地扩展和深化了我们对宇宙，对自然界的认识。各种新发现，新理论，新学说层出不穷，成果举世瞩目。例如，活动星系核（AGN），特别是Seyfert 1星系的性质奇特的铁Kα线的发现，就是近十年X射线天文学最重要的成果之一。铁Kα线是认识AGN中央大黑洞周边物理环境及状态的最重要探针，因此成为近年X射线天文观测和黑洞理论研究的一大热点。再如近十年中伽玛暴研究的巨大进展，使之三次入选美国‘Scicence’杂志评出的年度十大科学成就。伽玛暴研究已经成为天体物理学中一个焦点领域，对今后物理学和天文学发展有很大的潜在意义。人们期待着，新的科学突破会从天文学开始。但与观测成果相比，理论现状相对落后。这包括两方面：即对这些高能天体的物理了解及对高能辐射机理本身的基础研究。弄清辐射机理是揭示这些奇异天体性质的关键第一步，而目前国际上在这方面进展不大。仅对活动星系核，类星体，以及伽玛暴这几类天体而言，面对观测资料，至今存在着很多无法解决的困惑。有些难题甚至已经困扰天文界二、三十年。理论落后观测的现状首先表现在辐射理论研究进展缓...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：188 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
第二章 Cerenkov线状辐射及其应用
2.1 Cerenkov线辐射
2.2 线状发射基本公式
2.2.1 折射率n_λ和消光系数k_λ(对氢或类氢气体)
2.2.2 公式推广到多电子复杂原子情况
2.2.3 Cerenkov谱发射系数J_λ~c(J_y~c)及线宽Δλ_(lim)~c(y_(lim)~c)
2.2.4 有效吸收系数k_
2.2.5 Cerenkov出射线的谱强度I_λ~c和总强度I~c,谱线轮廓
2.2.6 Cerenkov线红移ΔZ~c(y_p~c)
2.2.7 公式推广到X射线波段
2.3 等离子体振荡对Cerenkov线状辐射效率的影响
2.4 类星体与赛弗特Ⅰ型星系中的宽氢线的Cerenkov起源
2.4.1 类星体与赛弗特Ⅰ型星系陡的巴尔末减缩的起源
2.4.2 类星体不同氢线之间的红移差现象起源于Cerenkov线状辐射
2.4.3 结论与讨论
第三章 活动星系核中的铁K线研究
3.1 引言
3.2 "光电吸收—荧光线发射"机制概述
3.3 "光致电离—荧光线发射"机制面对观测的困难
3.4 AGN中铁线来自于Cerenkov线辐射的合理性,相关的模型考虑
3.5 AGNs中Cerenkov铁K线辐射光度的模型计算
3.5.1 Cerenkov铁Kα线的光度公式(光厚情况)
3.5.2 与观测光度的对比
3.5.3 快电子的存在所引发的逆康普顿散射问题
3.6 切仑科夫铁Kα和铁Kβ发射线的强度比和红移比
3.6.1 切仑科夫铁Kα和Kβ发射线强度比
3.6.2 切仑科夫铁Kα和Kβ发射线红移比
3.7 反常的Kα/Kβ强度比及其Cerenkov解释
3.8 结论与讨论
3.9 附录:荧光模型下铁线等值宽度的计算以及与观测的矛盾
3.9.1 盘模型
3.9.2 BLR云团模型
3.9.3 torus模型
3.9.4 与观测的比较
第四章 回旋辐射(半经典)量子理论在X射线天文学中的应用
4.1 前言
4.2 回旋辐射量子理论基本公式
4.2.1 由基态l到激发态u的吸收跃迁几率P_(l→u)
4.2.2 Einstein感应跃迁系数b_(lu)和b_(ul)
4.2.3 Einstein自发跃迁系数(自发跃迁几率)a_(ul)
4.2.4 回旋共振吸收系数k_v
4.2.5 热电子回旋共振散射截面σ_(lu)(v,θ)
4.3 对孤立中子星1E1207.4-5209 X-射线回旋吸收线的理论分析
4.3.1 简介
4.3.2 基本公式
4.3.3 对于两个疑难问题的解答
4.3.4 中子星1E1207.4-5209自转轴的空间取向
4.3.5 结论与讨论
第五章 共振逆Compton散射(简称RICS),理论及应用
5.1 前言
5.2 相对论电子的共振逆Compton散射(RICS)
5.2.1 单电子的共振逆Compton散射谱功率和总功率
5.2.2 共振逆Compton散射的匹配条件
5.2.3 共振逆Compton散射(RICS)与普通逆Compton散射(ICS)的比较
5.3 变化磁场中相对论电子系集体的共振逆Compton散射谱
5.4 各种周边低频场中的集体的共振逆Compton散射谱
5.4.1 低频场是中子星吸积柱中的各向同性黑体辐射场
5.4.2 低频场是来自中子星表面的黑体辐射场
5.4.3 低频场具有幂律形式非热谱形
5.4.4 低频幂律场是由外间隙(outer gap)产生的情况
5.5 RICS机制在探讨伽玛暴中原初伽玛射线起源问题时的可能应用
5.5.1 引言
5.5.2 传统模型的质疑
5.5.3 新的辐射机制考虑
5.5.4 小结
5.6 结论与讨论
5.7 附录:半经典共振散射截面与QED理论结果比较
第六章 X射线穿过‘冷’等离子体的Compton软化
6.1 前言
6.2 Compton软化的数值解,与Monte Carlo模拟和Ross-McCray方程的数值比较
6.2.1 初始谱为Gauss型发射谱线
6.2.2 初始谱为黑体形状谱
6.2.3 初始谱为幂律谱
6.2.4 初始谱为热轫致谱
6.3 结论和讨论
第七章 双光子湮灭吸收
7.1 前言
7.2 基本公式推导和计算
7.2.1 实验室系中的湮灭截面σ(ω,ω′,θ)
7.2.2 方向平均湮灭截面(?)(ω,ω′)
7.2.3 吸收系数k_(γγ)(hw)
7.3 简单应用举例
7.3.1 2.7K微波背景辐射场
7.3.2 银河系内星光背景场
7.4 结论和讨论
第八章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3552305
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：188 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
第二章 Cerenkov线状辐射及其应用
2.1 Cerenkov线辐射
2.2 线状发射基本公式
2.2.1 折射率n_λ和消光系数k_λ(对氢或类氢气体)
2.2.2 公式推广到多电子复杂原子情况
2.2.3 Cerenkov谱发射系数J_λ~c(J_y~c)及线宽Δλ_(lim)~c(y_(lim)~c)
2.2.4 有效吸收系数k_
2.2.5 Cerenkov出射线的谱强度I_λ~c和总强度I~c,谱线轮廓
2.2.6 Cerenkov线红移ΔZ~c(y_p~c)
2.2.7 公式推广到X射线波段
2.3 等离子体振荡对Cerenkov线状辐射效率的影响
2.4 类星体与赛弗特Ⅰ型星系中的宽氢线的Cerenkov起源
2.4.1 类星体与赛弗特Ⅰ型星系陡的巴尔末减缩的起源
2.4.2 类星体不同氢线之间的红移差现象起源于Cerenkov线状辐射
2.4.3 结论与讨论
第三章 活动星系核中的铁K线研究
3.1 引言
3.2 "光电吸收—荧光线发射"机制概述
3.3 "光致电离—荧光线发射"机制面对观测的困难
3.4 AGN中铁线来自于Cerenkov线辐射的合理性,相关的模型考虑
3.5 AGNs中Cerenkov铁K线辐射光度的模型计算
3.5.1 Cerenkov铁Kα线的光度公式(光厚情况)
3.5.2 与观测光度的对比
3.5.3 快电子的存在所引发的逆康普顿散射问题
3.6 切仑科夫铁Kα和铁Kβ发射线的强度比和红移比
3.6.1 切仑科夫铁Kα和Kβ发射线强度比
3.6.2 切仑科夫铁Kα和Kβ发射线红移比
3.7 反常的Kα/Kβ强度比及其Cerenkov解释
3.8 结论与讨论
3.9 附录:荧光模型下铁线等值宽度的计算以及与观测的矛盾
3.9.1 盘模型
3.9.2 BLR云团模型
3.9.3 torus模型
3.9.4 与观测的比较
第四章 回旋辐射(半经典)量子理论在X射线天文学中的应用
4.1 前言
4.2 回旋辐射量子理论基本公式
4.2.1 由基态l到激发态u的吸收跃迁几率P_(l→u)
4.2.2 Einstein感应跃迁系数b_(lu)和b_(ul)
4.2.3 Einstein自发跃迁系数(自发跃迁几率)a_(ul)
4.2.4 回旋共振吸收系数k_v
4.2.5 热电子回旋共振散射截面σ_(lu)(v,θ)
4.3 对孤立中子星1E1207.4-5209 X-射线回旋吸收线的理论分析
4.3.1 简介
4.3.2 基本公式
4.3.3 对于两个疑难问题的解答
4.3.4 中子星1E1207.4-5209自转轴的空间取向
4.3.5 结论与讨论
第五章 共振逆Compton散射(简称RICS),理论及应用
5.1 前言
5.2 相对论电子的共振逆Compton散射(RICS)
5.2.1 单电子的共振逆Compton散射谱功率和总功率
5.2.2 共振逆Compton散射的匹配条件
5.2.3 共振逆Compton散射(RICS)与普通逆Compton散射(ICS)的比较
5.3 变化磁场中相对论电子系集体的共振逆Compton散射谱
5.4 各种周边低频场中的集体的共振逆Compton散射谱
5.4.1 低频场是中子星吸积柱中的各向同性黑体辐射场
5.4.2 低频场是来自中子星表面的黑体辐射场
5.4.3 低频场具有幂律形式非热谱形
5.4.4 低频幂律场是由外间隙(outer gap)产生的情况
5.5 RICS机制在探讨伽玛暴中原初伽玛射线起源问题时的可能应用
5.5.1 引言
5.5.2 传统模型的质疑
5.5.3 新的辐射机制考虑
5.5.4 小结
5.6 结论与讨论
5.7 附录:半经典共振散射截面与QED理论结果比较
第六章 X射线穿过‘冷’等离子体的Compton软化
6.1 前言
6.2 Compton软化的数值解,与Monte Carlo模拟和Ross-McCray方程的数值比较
6.2.1 初始谱为Gauss型发射谱线
6.2.2 初始谱为黑体形状谱
6.2.3 初始谱为幂律谱
6.2.4 初始谱为热轫致谱
6.3 结论和讨论
第七章 双光子湮灭吸收
7.1 前言
7.2 基本公式推导和计算
7.2.1 实验室系中的湮灭截面σ(ω,ω′,θ)
7.2.2 方向平均湮灭截面(?)(ω,ω′)
7.2.3 吸收系数k_(γγ)(hw)
7.3 简单应用举例
7.3.1 2.7K微波背景辐射场
7.3.2 银河系内星光背景场
7.4 结论和讨论
第八章 总结与展望
参考文献
致谢
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本文编号：3552305
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