伽玛射线暴磁星模型及相关统计关系的研究

A new born magnetar, with rotational period of millisecond and magnetic field higher than 10 to the power of 15 Gauss, may be the energy source of GRB central engine. More and more observational data of GRBs show a series of statistical correlations. This project will study on the GRB's magnetar model and its related statistical correlations. The contents of the project are listed as follow: (1) Study on the observational effect of magnetar’s magnetic tilt angle rapid evolution model on light curve of GRB and potential gravitational wave, test our model with several GRBs’ afterglows. (2) Study on the origin of high energy emission with magnetar model and calculate its proportion in GeV afterglow emission. (3) Study on luminosity correlation and test the cosmological models with statistical correlations under the magnetar models. (4)Study on the parameters of magnetar with the statistical correlations. Through our project, we may better understand the central engine of GRB, especially for the magnetar model.

自转周期为毫秒量级、磁场高达十的十五次方高斯以上的磁星可通过磁偶极辐射提取其转动能，使其成为伽玛射线暴中心引擎的强力候选体。大量的观测数据还显示伽玛射线暴众多参量间存在着一些统计关系。本项目将通过对最新观测数据的分析，来对伽玛射线暴磁星模型及相关的统计关系展开理论研究，具体内容包括：（1）研究磁星倾角的快速演化及其产生的观测效应，包括引力波辐射，并拟合部分伽玛射线暴样本的光变曲线；（2）研究伽玛射线暴高能辐射可能的磁星模型起源，并计算其在余辉观测中所占的比例；（3）在磁星能量注入等模型下研究伽玛射线暴观测量之间的统计关系，并进行伽玛暴宇宙学的研究；（4）利用伽玛射线暴观测量之间的统计关系对磁星的参数给予合理限制。通过本项目的研究，我们将加深对伽玛暴中心引擎的理解，特别是对伽玛暴的磁星模型有更深入的理解；可以对从瞬时辐射到余辉辐射的整个光变曲线给予整体解释，并对宇宙学模型参数提供一定限制。

随着伽玛射线暴观测样本的不断增加，光变曲线中越来越多的细节被观测到。在X射线余辉光变曲线中，有的伽玛暴具有特殊的两个平台相的结构。本项目研究发现，用磁星倾角快速衰减的磁偶极辐射模型可以很好的解释此两个平台的结构，磁星的参数对两个平台相具有显著的影响。应用此模型，具有两个平台相的伽玛暴GRB190114A的多波段余辉可以被很好的拟合。本项目还对具有双平台结构的余辉进行统计研究，我们总共搜寻到了13个有红移的双平台相余辉的伽玛暴。对13个样本的统计研究，发现两个平台具有相似的特点。在伽玛暴静止参考系下，两个平台相的各自拐折时间与X射线光度反相关，X射线光度、拐折时间及伽玛射线波段各向同性能量具有相类似相关性。我们的统计结果暗示此双平台相具有相同的起源，并支持伽玛暴的磁星起源。本项目的研究成果将来可以用来进行宇宙学的研究，还可以用来进行磁星参数的限制。