伽玛射线暴多成分辐射和偏振的理论研究

Combination of rapid precise localization of the Swift satellite and high energy gamma ray detection ability of the Fermi satellite, it is now the most abundant data era for gamma-ray burst (GRB) research.In China, POLAR (a gamma-ray polarization detector) will be launched before the end of 2016, and the enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) satellite has been promoted in recent years. With the current observations by Swift and Fermi, as well as the future polarization detection of POLAR and eXTP, this project will focus on (1) thermal emission during the GRB prompt phase and its application to determination of the initial Lorentz factor and gamma-ray efficiency of GRBs; (2) radiation mechanism of prompt GRB emission; (3) polarization models for prompt gamma-ray emission, and polarization simulations for POLAR based on these models; (4) polarization models for GRB X-ray flares and plateaus, and polarization simulations for eXTP based on these models.

伽玛射线暴目前正处于Swift 和Fermi卫星联合观测的研究时期，中国也将在今年年底发射伽玛暴偏振探测器POLAR，并在近几年推动X射线时变与偏振探测卫星eXTP的立项。围绕Fermi 和Swift的观测数据，并结合POLAR和eXTP的偏振探测能力，我们将研究（1）伽玛暴的黑体辐射和确定初始洛仑兹因子、伽玛暴辐射效率；（2）研究伽玛暴的辐射机制；（3）研究伽玛暴瞬时辐射主要的偏振模型，为POLAR探测器未来观测进行科学模拟；（4）研究伽玛暴X射线耀发、平台相等辐射阶段的主要偏振模型，为eXTP卫星未来探测进行科学模拟。

本项目围绕Fermi 和Swift的观测数据，并结合POLAR和eXTP的偏振探测能力，通过研究伽玛暴光球辐射和黑体成分，伽玛暴辐射机制，瞬时辐射、X射线耀发、余辉不同阶段的偏振行为，从而推动伽玛暴这一前沿领域的研究进展。本项目在天文学领域国际高质量期刊上共计发表研究论文45篇，国内核心期刊论文3篇，取得的重要结果如下：（1）在伽玛暴光球辐射/黑体辐射及相关物理研究方面，本项目对伽玛暴GRB 081221时间分辨能谱的多色黑体光球辐射起源开展了详细分析和研究（Hou et al., 2018, ApJ），对结构化喷流的光球辐射模型进行了详细计算和研究（Meng et al., 2019, ApJ），并基于以上结构化喷流模型，对首例双中子星并合引力波事件成协短伽玛暴GRB 170817A的能谱给出了合理拟合（Meng et al., 2018, ApJ）。（2）在伽玛暴辐射机制研究方面，本项目从理论上对伽玛暴低能谱指数之谜的同步辐射模型进行了深入研究（Geng et al., 2018, ApJS），在观测和数据处理方面对GRB 131231A瞬时辐射时间分辨谱进行了分析并提出了理论解释（Li et al., 2019, ApJ）。（3）在伽玛暴瞬时辐射偏振模型研究方面，本项目对伽玛暴瞬时辐射开展了偏振的理论研究并应用于POLAR观测数据结果的解释（Lan et al., 2021, RAA），对进动喷流模型下的伽玛暴等高能天体源的偏振演化进行了深入研究（Lan et al., 2019a, ApJ）。（4）在伽玛暴X射线耀发、余辉等阶段偏振研究方面，本项目开展了伽玛暴X射线耀发的偏振理论研究（Geng et al., 2018, ApJ），研究了伽玛暴喷流混合磁场下的余辉偏振演化及其在GRB 170817A中的应用（Lan et al., 2019b, ApJ），对伽玛暴双成分喷流下的余辉偏振演化进行了理论研究（Lan et al., 2018, ApJ）。