伽玛射线暴及其周围介质的性质及演化

We plan to statistically study the properties of the prompt emission and the surrounding medium of Gamma-ray Bursts with the public data by Swift, Fermi and some other ground-based telescopes. We aim to answer the following two questions: (1) Do the properties of Gamma-ray Bursts (for example the duration, the peak energy and the luminosity) evolve with the redshift? (2) Do the properties of the circum burst medium evolve with the redshift? With the plentiful Swift and Fermi data, these two problems can be better understood and then shed some light on the physical of high redshift (>6) Gamma-ray Bursts and on the prospect of the Gamma-ray Burst cosmology.

本项目将利用目前的Swift、Fermi等空间卫星以及大量地面光学望远镜的公开数据，研究伽玛暴及其周围介质的性质以及这些性质可能的宇宙学演化。希望通过此项目的研究，回答两个问题：（1）伽玛暴本身的性质（如持续时间、峰值能量、光度等）和一些统计关系是否随红移演化，如果有，如何随红移演化。（2）伽玛暴周围介质有怎样的性质，其性质是否随红移演化。目前Swift卫星已经积累了丰富的有红移的伽玛暴数据，并将继续提供更多的数据，同时Fermi卫星的观测数据也能作为非常有益的补充，使得这些问题的解决成为可能。而解决这些问题对于研究恒星和星系的宇宙学演化，以及利用伽玛暴研究宇宙学，都具有非常重要的意义。

这几年我们在宇宙伽玛暴、快速射电暴及伽玛暴/引力波成协等方面取得了较大的进展。首先， 我们在在巨新星(macronova)的搜寻证认方面取得重要进展，首次在长短暴中发现巨新星信号，确认长短暴本质上是短暴，起源于致密星并合，并首次得到了巨新星的多波段光变曲线。之后我们发现第一个探测到光学对应体的短暴GRB050709中也存在巨新星信号，并且它们的巨新星光变曲线非常一致，可以作为搜寻引力波事件对应体巨新星的输入模板。并且巨新星普遍存在，是引力波事件的极佳电磁辐射对应体。观测发现有一类短暴的X射线余辉的光变行为很奇特：在一段时间的缓慢下降后，X射线流量突然很陡地下降，通常认为可能是中心强磁场中子星(磁星)塌缩成黑洞所形成的。我们发现X射线平台阶段的能量远小于中子星的转动能，表明中子星很可能是通过引力波辐射损失了转动能，并且得到慢转中子星的最大引力质量约为2.3倍太阳质量。这期间观测上发现了一些很有意思的伽玛暴。比如GRB120308A在它的早期光学余辉中发现有较强的偏振，并且偏振度随时间逐渐下降。我们计算后发现反向激波区域的磁场比正向激波区域的磁场要强约10倍，这表明从中心能源出来的外流体是中等磁化的。另外我们发现，伽玛暴的GeV辐射可能来自不同成分，有的主要来自正向激波的同步辐射，而另一些主要来自逆康普顿散射。快速射电暴是2013年里得以确认的一类射电爆发事件，其特点是色散量很大，我们指出如果将来快速射电暴的红移被直接测定，那么它们有望成为高效的宇宙学暗物质、暗能量新探针。Fermi卫星报道了一个伽玛暴事件GBM150914与引力波事件GW150914成协，我们计算得到引力波速度与光速的相对偏差小于10-17，这是人类首次对引力波的速度做出的高精度直接测量。