Cosmic rays and shock physics in gamma-ray bursts
Tid: Fr 2022-06-03 kl 14.00
Plats: FB42, Roslagstullsbacken 21, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Atomär fysik, subatomär fysik och astrofysik
Respondent: Filip Samuelsson , Partikel- och astropartikelfysik, Oskar Klein Ctr Cosmoparticle Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden.
Opponent: Professor Robert Mochkovitch, Sorbonne Université
Handledare: Felix Ryde, Partikel- och astropartikelfysik
QC 220509
Abstract
Gammablixtar (engelska “gamma-ray bursts”, GRBs) är de mest ljusstarka fenomen vi känner till i universum. På grund av deras otroliga energier ger de oss möjligheten att studera fysik i miljöer vi aldrig skulle kunna skapa i laboratorier på jorden. Hur mycket kunskap vi kan få om dessa fenomen beror dock p ̊a hur väl vi förstår oss på de relevanta fysikaliska processerna. I denna avhandling studerar jag strålningsprocesser i GRBs. Mer specifikt, så undersöker jag huruvida GRBs kan accelerera högenergetisk kosmisk strålning (engelska “ultra-high energy cosmic rays”, UHECRs) och ursprunget för den elektromagnetiska strålningen.
Varifrån UHECRs kommer ̈ar fortfarande okänt trots decennier av forskning. GRBs har länge varit en av de mest lovande källorna. I Artikel I och II studerar vi strålningen från elektroner som accelereras på samma plats som UHECRs. Vi visar att om GRB var effektiva acceleratorer av UHECRs så skulle de nödvändigtvis behöva vara mycket mer ljusstarka i optiska våglängder. Detta talar emot att GRBs som de primära källorna för UHECRs.
I Artikel III, IV och V studerar vi uppkomsten till γ-strålningen som gett GRBs sitt namn. I Artikel III utvecklar vi en modell som kan simulera shocker i de optiskt tjocka delarna av en GRB. Modellen är den första i sitt slag som kan användas för anpassning av data. I Artikel V använder vi denna model f ̈or att analysera vilka typer av observationella signaturer man kan förvänta sig av shocker i de optiskt tjocka delarna. Vi finner att många egenskaper hos GRBs naturligt reproduceras av modellen, t.ex. lutning vid låga energier och högsta energin i spektrat. I Artikel IV studerar vi högenergetiska protoner som möjligt orsak till γ-strålningen och begränsar den möjliga parameterrymden för liknande modeller. Där modellen fungerar visar vi att man kan förvänta sig vissa säregna karaktärsdrag i spektrat, som faktiskt liknar beteendet hos en del GRBs.