伽玛射线暴射电余辉的研究

As one of the most active fields in astrophysics, the study of gamma-ray bursts is closely related to many other interesting fields, such as the birth of compact stars, supernovae, accretion, jets and outflows, shock waves, radiation mechanism, interstellar medium, star formation rates, cosmic rays, and cosmology. Currently, the Swift and Fermi satellites have brought to us many observational data, leading to the discovery of some unexpected phenomena, such as the complicated behaviors of the early X-ray afterglows of a lot of gamma-ray bursts, and the delay of GeV photons. Thus we are confronted with valuable opportunities for further study in the field. Radio observations open an important window for our study, which can provide helpful information on the intrinsic energy and the circum-burst medium of gamma-ray bursts. In our studies, we will collect a large sample of radio afterglows of gamma-ray bursts. We will then study the events statistically, trying to classify them. We will study possible correlations between radio afterglows and the afterglows in other wavelengths. We will also theoretically model the radio afterglows, and go further to study many key problems of gamma-ray bursts, such as the progenitors, the trigger mechanisms, the structure of gamma-ray burst jets, the circum-burst medium, the continuous activities of the central engines, the radiation mechanisms, etc. It is expected that these studies can provide helpful clues on the nature of gamma-ray bursts.

伽玛射线暴是当前天体物理中最活跃的方向之一，涉及到黑洞和致密天体的形成、超新星爆发、吸积、喷流、激波、辐射机制、星际介质、恒星形成区、宇宙线、宇宙学等众多引人入胜的领域。当前，Swift、Fermi等卫星给人们带来了丰富的观测资料，并揭示了一些全新的现象，如X射线余辉中的复杂光变、GeV光子的延迟到达等，为研究工作提供了绝佳的机遇。射电波段是研究伽玛射线暴的重要窗口，能提供关于内禀爆发能量、暴周环境等的重要信息。本项目中，我们将收集大量样本的射电余辉观测资料，分析射电余辉的宏观特征并进行分类研究；将分析射电余辉同主暴辐射及其它波段余辉之间的关系。我们还将从理论上对伽玛暴的多波段余辉进行计算，对观测数据进行拟合，从而深入探究伽玛射线暴的一些关键问题，如能源机制、喷流结构、暴周环境、暴后中心引擎的持续活动性、各种辐射机制的作用等等。预计我们的研究将对揭示伽玛射线暴本质之谜起到重要的推动作用。

伽玛射线暴是天体物理中最活跃的领域之一，涉及到黑洞和致密天体的形成、超新星爆发、吸积、喷流、激波、宇宙线、宇宙学等众多领域。射电波段是研究伽玛暴的重要窗口，能提供关于内禀爆发能量、暴周环境等的重要信息。本项目围绕伽玛暴的射电余辉开展工作，研究了伽玛暴中的耀发、余辉增亮等特殊现象，研究了射电余辉的观测特征，提出了伽玛暴的中心引擎模型。本项目也对与伽玛暴中心引擎密切相关的中子星的内部结构、自转演化、辐射机制及其与快速射电暴的关系等进行了研究。项目取得的重要研究结果包括：指出伽玛暴中X射线耀发下降段的快速衰减现象可由电子的各向异性同步辐射造成；采用回落吸积机制解释了一些余辉增亮现象；研究了正负电子星风能量注入对伽玛暴余辉的影响，提供了磁星作为伽玛暴中心引擎的有力证据，为测量磁星的磁场、自转速度等参数提供了可行的途径；发现伽玛暴寄主星系射电亮度与其射电余辉峰值亮度之间有一定关联性；研究了FAST对射电余辉的观测能力，发现它能在红移z=1处观测到绝大多数伽玛暴的射电余辉。对于少数高光度暴，FAST的观测距离甚至能扩展到z=15处；对伽玛暴中的喷流动力学开展了数值模拟研究，给出了喷流冲破恒星外围包层的条件；指出中子星相变为奇异夸克星过程中的能量释放足以产生短伽玛暴；针对AR Scorpii系统，提出了白矮星脉冲星的辐射模型；研究了奇异夸克行星与奇异星并合时的潮汐作用过程和引力辐射特征，发现奇异行星的潮汐瓦解半径非常小，从而在最终并合阶段可产生很强的引力波暴事件，这为判断奇异夸克星的存在提供了重要的观测手段。在此基础上，进一步提出了通过观测密近行星系统来证认奇异夸克星的全新方法；给出了快速射电暴的视亮度分布函数；采用中子星-小行星碰撞等模型解释了快速射电暴现象。本项目共发表SCI论文32篇，其中包括ApJS论文2篇，研究成果在学术界有重要显示度。