基于暗物质粒子探测卫星对伽玛暴高能辐射机制的研究

Based on the ability of 5GeV-10TeV detection onboard DAMPE satellite, we will constrain the high energy radiation mechanism of gamma-ray bursts (GRBs). There are a variety of origins for the GRB high energy photons. According to the radiation mechanism, there are synchrotron radiation and inverse Compton scattering. According to the radiation regions, there are internal shocks, reverse-forward shock and external shock. According to particle of the radiation, there are electrons and protons. According to the seed photons of the inverse Compton scattering, there are synchrotron radiation of different regions, stellar light of the progenitor star, stellar light of the possible companion star, infrared background and cosmic microwave background. Different combination of the cases above leads to the variety of the high energy radiation origins. While the properties of the different origin are different, the DAMPE satellite and other related high energy instruments can be used to distinguish them. Consequently, one can determine the radiation mechanism of the high energy photons of the GRBs.

基于暗物质粒子探测卫星对5GeV-10TeV高能伽马光子的探测能力，我们将用于限制伽玛暴高能辐射机制。伽玛暴的高能辐射有多种可能的来源，按照辐射机制，有同步辐射和逆康普顿散射；按照辐射区域，有内激波区域、正反激波区、外激波区；按照辐射来源有高能电子和高能质子；对于逆康普顿散射，按照种子光子的来源，有各辐射区域同步辐射的光子、前身星的星光、可能的伴星的星光、红外背景光、微波背景辐射等。这些不同情形的组合，导致高能辐射来源的多样性。而不同的起源的特性将不一样，正是可以利用暗物质卫星和相关其它高能探测器进行甄别，从而确定伽玛暴高能辐射机制。

自1967年发现第一个伽玛射线暴开始已有50多年的研究历史，共观测到约1万个伽玛暴。然而关于伽玛暴的恒星死亡的最后过程，接近光速的喷流如何产生，喷流的动能如何转化成伽玛射线光子等诸多问题都还不够清楚。为了研究清楚伽玛暴的高能辐射机制，一种可行的办法是对大量的伽玛射线暴进行统计研究找出规律，进而推测其本质。然而由不同望远镜所观测到的数据均散落于不同研究论文和各自望远镜的数据中心，虽然已有一些小规模的摘取几十或者几百个事例的小规模统计工作，但针对所有暴还没有一个完整的数据库。本研究针对历史上对伽玛暴的观测结果所整理成文的可信数据进行了收集、整理、统计。然后从理论上研究了变参数情况下的辐射，比如针对标准余辉辐射模型放开所有的参数让它们随半径演化，针对正反激波的外部介质，放开ISM或者wind的限制等。另外还专门关注了2017年首次发现的引力波和伽玛暴成协的现象，GRB 170817A/GW170817。针对其辐射机制进行了研究，利用统计关系得到了它的喷流速度和指向角。这些数据可以作为进一步统计研究的基础，我们也在此基础上得到了一些结果，对高能辐射机制有了进一步的限制。