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博士生区杨董俊和导师吕候军教授合作在伽马射线暴(GRBs)的弥散中微子辐射和GRBs瞬时辐射的物理起源的研究方面取得进展,研究成果以“Constraint on the physical origin of GRB prompt emission via its non-detected diffuse neutrino emission”为题被《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)期刊接收发表。
伽马射线暴简称伽马暴,尽管已经研究了半个多世纪,其瞬时辐射机制仍未能解决,目前伽马暴的模型主要有三种,即耗散光球模型、内激波模型和ICMART模型,但至今没有一个模型能完全解释所有观测数据。种种证据表明伽马暴可能有着多模型起源,但这三种模型在伽马暴中各自的占比并不清楚。伽马暴长久以来被认为是潜在的高能中微子辐射源,不同模型预测的中微子辐射有着很大的不同,目前IceCube没有探测到与伽马暴成协的中微子事件,并给出了伽马暴的弥散中微子流量上限。
该研究提出了一种创新方法,首次利用伽马暴的弥散中微子流量上限对伽马暴瞬时辐射的三种主流模型各自所占的比例进行限制。该研究通过两种独立方法(使用由3739个真实的伽马暴组成的样本进行计算和对假设的光度函数进行积分来进行计算)来计算伽马暴的弥散中微子流量,并对IceCube最新公开的数据进行了分析,得出最新的伽马暴的弥散中微子流量上限,然后将这一新得出的伽马暴的弥散中微子流量上限和两种独立的方法计算得出的伽马暴的弥散中微子流量进行结合,对不同伽马暴瞬时辐射模型的占比做出了限制。限制结果与伽马暴的洛伦兹因子和质子与电子的能量均分因子的比值有关。
研究结果表明,两种独立的方法都指出在基准参数下,绝大多数伽马暴的瞬时辐射起源于ICMART模型,其中使用真实样本的方法得出耗散光球模型的占比上限为0.5%,内激波模型的占比上限为1.1%,ICMART模型的占比下限为98.9%。对于使用对光度函数进行积分的方法而言,耗散光球模型的占比上限为6.1%,内激波模型的占比上限为8.2%,ICMART模型的占比下限为91.8%

图1. 使用真实样本的方法在单模型起源下计算得出的伽马暴的弥散中微子流量

图2. 使用对光度函数进行积分的方法在单模型起源下计算得出的伽马暴的弥散中微子流量

图3. 不同洛伦兹因子下使用真实样本的方法对三种模型的占比进行限制

图4. 不同洛伦兹因子下用对光度函数进行积分的方法对三种模型的占比进行限制
论文作者:区杨董俊(博士生),吕候军(唯一通讯),陈家明(云南大学),朱本阳(紫金山天文台),梁恩维
论文arXiv链接://arxiv.org/pdf/2510.22914