伽玛射线暴的物理和宇宙学应用

Gamma-ray burst(GRB) and its applications on high-redshift cosmology are the forefront fileds in astrophysics. The highest gamma-ray burst is GRB 090429B at z=9.4.So GRBs are very attractive probes of early universe.GRB cosmology is also the main purpose of SOVM mission. The observations of Swift and Fermi open a new window on the nature of GRBs and propose more mysterious problems needed to investigate,including: the physical mechanism of GRB X-ray flares,the relation of physical mechanism of GRBs and active galactic nuclei (AGN), tidal disruption events with relativistic jets,the properties of GRB host galaxy,the formation rate of GRBs,high-redshift star formation rate, the reionization history, the luminosity relations of GRBs and cosmological parameters and dark energy.This project will use latest observational data to study these problems.This project will combine solar physics, GRB physics and AGN to investigate the similarities among these event.The high-redshift star formation rate will be derived from long GRBs. We will use this high-redshift star formation rate to study the reionization history and the cosmic near-infrared background. We will search the intrinsic luminosity correlations using latest GRB data and constrain the cosmological parameters and dark energy. The rate of tidal disruption event with relativistic jet and its multiband light curves will be studied.

伽玛射线暴和高红移宇宙的研究是天体物理研究中的前沿领域。目前观测到伽玛暴的最高红移为9.4，使其成为研究高红移宇宙的有效工具，而且伽玛暴的宇宙学应用也是我国SVOM卫星的重要科学目标。Swift和Fermi卫星的观测为伽玛暴的研究打开了新的窗口，提出了更多值得研究的问题，包括X射线耀发的物理机制，伽玛暴和活动星系核辐射机制的相似性，黑洞潮汐撕裂恒星，伽玛暴宿主星系及爆发率，高红移的恒星形成率及再电离研究，伽玛暴的各种统计关系及限制宇宙学参数等。本项目将利用最新的观测数据，为以上几个问题提供可能的解决方案。该项目结合伽玛暴X射线耀发和太阳耀斑、伽玛暴和活动星系核，找出它们观测量统计关系的相似性；得到伽玛暴的爆发率与恒星形成率的关系，计算高红移恒星形成率，并应用到宇宙再电离和红外背景的计算；利用最新的观测数据，找到新的光度关系，限制宇宙学参数；研究带有喷流的超大质量黑洞潮汐撕裂恒星事件等。

研究了伽玛暴X射线耀发统计性质，发现X 射线耀发的能量、持续时间和等待时间的频率分布和太阳耀斑是相似的，从而提出伽玛暴X射线耀发的物理机制是磁重联；研究了伽玛暴和活动星系核的射电光度和谱指数，射电光度和谱峰值能量之间的关系，发现它们具有相似性，从而提出它们的辐射机制都是同步辐射；研究了第一个带有喷流的黑洞潮汐撕裂恒星时间Swift J1644+57的长时标的X射线辐射，发现可以用壳层之间碰撞产生的反向激波解释；系统研究了长时标伽玛暴的宿主星系的性质，发现用金属丰度小于8.7可以拟合观测数据；利用温暗物质模型，研究了宇宙再电离和恒星形成率，对暗物质粒子的质量给出了限制；利用Planck、超新星和伽玛暴的数据，研究了暗能量状态方程的演化，发现在95.4%的置信度上符合标准ɅCDM模型；利用强引力透镜的数据，检验了标准宇宙学模型和Rh=ct模型；利用超新星和伽玛暴的数据，检验宇宙的加速膨胀的各向异性，发现各向异性的置信度为95.4%等。项目执行期间共发表SCI论文29篇，毕业博士生3名，出站博士后1名，指导本科生毕业论文12人次。