双致密天体并合事件的多信使研究

In 2017, the gravitational-wave signal from a binary neutron star merger event GW170817 was detected for the first time and its multi-wavelength counterparts were soon discovered by follow-up observations, marking the opening of the golden era for multi-messenger astronomy. Inspired by this, we propose here a research project on the mergers of two compact objects. This project will mainly focus on the gravitational-wave, electromagnetic and neutrino emission of binary neutron star mergers, binary black hole mergers, binary white dwarf mergers and neutron star-black hole mergers. Focusing on the latest observational progresses, with a multi-messenger approach, we will make a significant contribution to the theoretical interpretations on these observational results. Benefited from this project, many remaining key problems on gravitational wave and important counterparts (e.g., gamma-ray burst, kilonova) can be understood well and a few testable predictions for future observations can be made. Hopefully, a few beautiful works with great international impact can be accomplished in this project.

2017年人类首次观测到来自双中子星并合的引力波事件GW170817及其多波段的电磁对应体，标志着天文学进入了多信使研究的黄金时代。受此启发下，我们拟提出对双致密天体并合事件进行详细深入的研究，主要研究内容为双中子星并合、双黑洞并合、双白矮星并合以及中子星-黑洞并合时的引力波辐射、多波段电磁辐射与可能的中微子辐射。我们将采用多信使相结合的研究方法，紧扣最新的观测结果，在观测现象的理论解释方面做出重要贡献。本项目的研究可以使我们对引力波本身以及重要的电磁对应体如伽玛射线暴、千新星等的认识与了解获得前所未有的进展。在此基础之上，我们能对将来的观测做出一定预言，以期产生重要的国际影响。

2017年人类首次观测到来自双中子星并合的引力波事件GW170817及其多波段的电磁对应体，入选了当年十大科技进展，也标志着天文学进入了多信使研究的黄金时代。在此背景之下，我们提出了本项目对双致密天体并合事件进行详细深入的研究。项目主要研究内容为双中子星并合、双黑洞并合、双白矮星并合以及中子星-黑洞并合时的引力波辐射、多波段电磁辐射与可能的中微子辐射。项目执行期间取得了如下重要成果。在伽玛射线暴方面，我们开发了一套拟合多波段余辉的程序，其中考虑了结构化喷流和偏轴效应并将其应用在GW170817事件中。未来一旦再次观测到类似于GW170817的事件，我们能很快地进行光变曲线拟合，得到中心并合天体的相关信息。在千新星方面，我们也开发了拟合千新星光变的程序，特别是针对中子星-黑洞并合事件，其科学意义在于未来能对这类千新星进行快速理论分析并确定并合抛射物的性质。在快速射电暴方面，我们完成并发表了四个创新性研究工作，体现在三个方面：(1)研究了银河系暴FRB 200428的特殊光变曲线并提出基于同步脉泽辐射机制的密度跳跃模型来解释其射电与X射线波段观测特征; (2)研究了快速射电暴大样本的分类方法，提出用亮温度取代重复性来进行分类，这样分类后的暴存在明显的统计相关性（脉冲持续时间与暴发能量正相关）; (3)受邀撰写了快速射电暴领域的英文综述。目前在这个领域存在诸多未解之谜，这些研究工作对我们理解快速射电暴的内在物理有很大的推动作用。总而言之，本项目的实施使我们对双致密星并合的不同辐射信号有了更深入的理解，并为将来可能的重大观测现象做好了理论与工具准备。