超长伽玛暴的多波段观测特性和物理机制

Gamma-ray bursts (GRBs) lasting longer than 1000 seconds are defined as ultra-long GRBs (UL-GRBs). More and more UL-GRBs have been observed in recent years, which challenge our current understanding of GRBs, such as central engine, progenitor, classification, and so on. We plan to study the multiband statistical properties and physical mechanism of UL-GRBs with the public data by Swift, Fermi and some ground-based optical telescopes as well as our own observations. The main research contents are as follows: 1 ) to analyze the multi-band statistical features and correlations of UL-GRBs, and compare their properties with the classic long bursts, then specifically address the issue of whether UL-GRBs are a new subclass of GRBs; 2) to study the physical mechanism of ultra-long duration, and find out whether they originate from the different central engine and/or progenitors; 3) to restudy the GRB classification by taking into account the properties of UL-GRBs; 4) to study the circum-burst environments of UL-GRBs.

持续时间超过1000秒的伽玛射线暴定义为超长伽玛射线暴（简称超长暴）。近年来越来越多的超长暴被观测到，这些暴对目前的伽玛暴中心能源机制、前身星和分类等多个方面都提出了新的挑战。本项目将利用目前Swift、Fermi等空间卫星以及大量地面光学望远镜的公开数据，并结合我们的观测，研究超长暴的多波段统计特性和物理机制。研究内容主要包括：1)分析超长暴的多波段统计特征和统计关系并与经典长暴进行比较，明确这类暴是否是新的伽玛暴子类；2)研究产生超长持续时间的物理机制，明确超长暴是否具有不同的中心能源机制和前身星；3)结合超长暴的观测特性和理论分析结果，重新进行伽玛暴的分类研究；4）研究超长暴的暴周环境。

本项目研究超长暴的多波段观测特性和物理机制，项目执行期间，随着国际上关于超长暴观测和研究的进展对研究内容做了适当调整，并且根据引力波、快速射电暴等重大观测发现扩展了项目研究内容，使本项目的成果超出预期，共发表SCI收录论文25篇，论文总引用154篇次（ADS统计）。项目骨干成员参加国际会议4次， 2人在美国分别访学1年，1人赴日本短期访问；共培养硕士生3人，正指导博士生1人，硕士生4人。主要成果包括：（1）提出黑洞-吸积盘系统的进动行为可以解释超长暴的辐射演化，并可以限制黑洞质量和自旋等参数，同时进动模型也可以解释双爆发暴以及部分暴的X射线鼓包结构中的准周期光变行为；（2）提出与引力波GW 150914疑似成协的短暴可能是伽玛暴的一个子类，并第一次直接测量了引力波的速度,同时提出Kerr-Newman黑洞（KNBH）的磁层塌缩模型可以解释他们，此模型也可以解释快速射电暴FRB 150418及其余辉；（3）首次在伽玛暴持续时间中发现宇宙学时间膨胀效应的证据；（4）利用多波段观测数据（包括自己观测的数据）给出了部分伽玛暴的激波特性和暴周环境；（5）提出中微子湮灭机制可以满足大部分短暴和大约一半长暴的能量需求，并给出了MeV中微子探测率；（6）进行了20多个暴的后随光学余辉观测，首次用国内望远镜测出了伽玛暴的红移；（7）提出大部分短暴也可以用黑洞的中微子主导吸积流模型来解释，在考虑了自引力效应后，还可以解释短暴的延展辐射和暴的X射线耀发。