基于昆明 40 米射电望远镜快速射电暴的观测与研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄玉祥 |
| 答辩日期 | 2025-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 汪敏 |
| 关键词 | 快速射电暴 KM40m 观测控制系统 FRB 20240114A 慢速射电暴 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Observation and Research on Fast Radio Bursts Based on the Kunming 40-meter Radio Telescope |
| 英文摘要 | 快速射电暴是持续时间在毫秒量级、能量密度高达 1032 erg ⋅ Hz−1 的射电爆 发，主要来自宇宙学距离，其物理起源迄今仍未完全阐明。目前已被观测到近 千例快速射电暴源，其中仅不足百例表现出重复爆发特征。基于这一观测差异， 这些源被划分为非重复快速射电暴和重复快速射电暴两类。这两类爆发是否具 有不同的物理起源，目前依然不完全清楚。针对该问题，一个可能的解决办法 是研究重复快速射电暴的能量分布，并与非重复快速射电暴的能量分布进行对比。在理论方面，人们普遍认为快速射电暴的辐射是聚束的——即由窄束喷流 产生，但尚缺乏直接观测证据。这是由于快速射电暴主要来自宇宙学距离，其 偏轴快速射电暴——即”慢速射电暴” 的流量较低，难以被地面射电望远镜探测， 且其高能波段的协同辐射也难以被空间高能望远镜探测到。而银河系磁星 SGR J1935+2154 产生的快速射电暴 FRB 20200428D 的探测为此带来了契机。本博士 论文聚焦快速射电暴领域的这两个重要问题，通过充分整合国内望远镜资源，开 展了深入研究。要研究活跃重复射电暴高光度射电爆发的能量分布，需要积累足够的样本量，但其事件率低且流量较高，适合采用灵敏度适中且观测时间充足的射电望远 镜。同时，研究 SGR J1935+2154 的偏轴辐射（包括射电和高能波段）需要地面射 电望远镜与空间高能望远镜协同进行长期监测。昆明 40 米射电望远镜（KM40m） 兼具充足的观测时间与高线性动态范围，可同时满足这两项研究需求，是开展相 关工作的理想设备。然而，由于 KM40m 原先缺乏用于快速射电暴观测的控制系 统，我们无法直接利用它进行相关观测研究。因此，我们开发了一套专门用于快 速射电暴观测的控制系统，以确保长期观测过程中的指向和跟踪精度，从而为后 续对快速射电暴和银河系磁星的长期监测提供保障。对于非重复快速射电暴和重复快速射电暴是否具有相同起源的问题，我们 使用 KM40m 和 FAST 对一个极端活跃的重复性快速射电暴 FRB 20240114A 进 行了观测研究。在 S 波段使用 KM40m 观测了总共约 318 小时，并成功探测到 8 个后续爆发事件，且测量了这些快速射电暴的参数。与 FAST 的协同观测结果 进行比较，我们发现在 9 月 13 日 KM40m 观测到一个与 FAST 的相差 6 ms 的爆 发，并利用这个爆发限制了快速射电暴的辐射带宽。结合 FAST 观测到的上万的 快速射电暴事件，发现 FRB 20240114A 的累积爆发率能谱密度存在高能端变平 现象。综合已有的相关研究，我们推测此类现象在活跃重复快速射电暴中可能具 有普遍性。由于这些高能端的爆发与非重复快速射电暴的分布一致，我们推测这 一现象支持活跃重复快速射电暴和非重复快速射电暴具有相同的起源的假说。关于快速射电暴辐射的聚束理论，我们利用 KM40m 联合国内空间望远 镜极目 GECAM 和慧眼 Insight-HMXT 对辐射过快速射电暴的银河系磁星 SGR J1935+2154 开展了观测研究。 2022 年底至 2023 年初，该磁星重新进入活跃期，我们使用 KM40m 对其进行了连续 158 天的观测，累计观测时间约 1380 小时。我 们在 10 月 21 日观测到一组射电爆发（简称 RB），并与 Insight-HXMT 探测到的 一个 X 射线爆发在时间上成协； 11 月 20 日又观测到两组射电爆发，其中第一组 射电爆发 RB 20221120A 与 GECAM 探测到的一个 X 射线爆发成协且峰值对齐。 RB 20221120A 的形态与 FRB 20200428D 相似，但能量比 FRB 20200428D 低约 3 个数量级；而 RB 20221120A 对应的硬 X 射线爆发与 FRB 2020428D 对应的硬 X 射线爆发能量接近且光谱构成相似。观测数据显示， RB 20221120A 符合” 慢 速射电暴” 的特征。我们认为该事件是首例被认证的偏轴快速射电暴，这支持快 速射电暴聚束辐射的理论。同时，我们还根据 FRB 20200428D 和 RB 20221120A 的物理参数限制了该爆发辐射束的张角，其值小于等于 5 度。综上所述，我们通过 KM40m 与 FAST 对活跃重复暴 FRB 20240114A 的联 合观测，发现其累积爆发率能谱分布中存在高能段变大的特征，这一发现支持重 复快速射电暴与非重复快速射电暴同源的理论。此外，利用 KM40m 和空间高能 望远镜对 SGR J1935+2154 开展的为期 158 天的连续监测，我们推测首次捕获到 慢速射电暴事件 RB 20221120A，该事件的 X 射线/射电成协特征支持了快速射 电暴的辐射聚束理论。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/28982]  |
| 专题 | 云南天文台_射电天文研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄玉祥. 基于昆明 40 米射电望远镜快速射电暴的观测与研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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