与伽马暴和超新星相关的一些天体物理问题的研究

Observational progresses have confirmed that gamma-ray bursts (GRBs) occur at cosmological distances, formation of long GRBs is related to the death of massive stars, some long GRBs are associated with supernovae. However, many theoretical problems of GRBs and supernovae are not solved. In this project I will investigate the following problems: 1. Supernova shock breakout: observational signatures of Types I and II supernovae shock breakout, possibility to observe shock breakout flares with SVOM and GWACs, indentification of supernova progenitors through observation of shock breakout; 2. Variability of GRB lightcurves and its application in cosmology: with new data test the improved correlation between the lightcurve variability and peak luminosity as proposed by Li and Paczynski, constrain the cosmological model with the improved relation; 3. Observational signitures of neutron star mergers: improve the minisupernova model proposed by Li and Paczynski, more precise calculation of the characteristic observatioanl parameters, check the possibility for discovery and observation of neutron star mergers with GWACs; 4. Relation between GRBs and supernovae: look for more GRB-supernova connection, test the relation between the GRB peak spectral energy and supernova maximum luminosity discovered by me in 2006, look for physical explanation of the relation.This research is important for understanding the explosion mechanism of GRBs and supernovae as well as application of GRBs in cosmology.

观测已经确定伽马暴发生在宇宙学距离上，长暴的形成和大质量恒星的死亡有关，部分长暴和超新星成协。然而，伽马暴和超新星很多理论问题还没搞清楚。本项目研究如下问题：1.超新星激波突围：I型和II型超新星激波突围的观测特征，用SVOM 和GWACs观测激波突围的可行性，通过激波突围观测确定超新星的前身星；2.伽马暴光变曲线可变性和宇宙学应用：用新的观测数据检验我与合作者改进的光变曲线可变性和最大亮度之间的关联，尝试用其限制宇宙学模型；3.中子星合并的观测现象：改进我和Paczynski的minisupernova模型，对合并导致的观测特征进行更细致的计算，探索GWACs 发现中子星合并的可能性；4.伽马暴和超新星的关系：寻找新的伽马暴与超新星成协的例子，检验我在2006 年发现的伽马暴和超新星之间的定量关系，并寻求物理上的解释。该项目对于理解伽马暴和超新星的爆发机制及伽马暴的宇宙学应用有重要意义。

在本项目支持下项目组成员开展了如下研究工作：（1）研究了以相对论速度膨胀的球状高温电离气体（火球）中的光子扩散过程，仔细计算了辐射传导效应，推导出光球方程和膨胀球体表面的能流密度公式。这些结果将在伽玛射线暴、双中子星以及中子星和黑洞的并合、明亮超新星以及宇宙早期的模型中有重要应用。（2）研究了通过对快速射电暴的引力透镜现象的观测限制快速射电暴前身星的问题，发现不同种类的前身星模型所对应的发现一个快速射电暴引力透镜现象所需样本大小明显不同。提出快速射电暴的引力透镜观测可以用来限制快速射电暴的前身星性质。（3）在当前版的BATSE卫星伽玛射线暴数据库中搜寻了伽玛暴的强引力透镜事件，详细分析了没有在BATSE样本中找到引力透镜伽玛暴的原因，并且为在未来的伽玛暴巡天中寻找引力透镜现象提出了建议。（4）研究了麦克斯韦方程应用于宇宙学遇到的问题及其解决方案。重新审查了麦克斯韦方程在广义相对论弯曲时空中的推广，发现在保留广义协变的前提之下，只要在麦克斯韦方程中添加一个时空曲率和电磁势的耦合项，就可以完美解决麦克斯韦方程和宇宙学不兼容的问题。（5）研究了电磁作用和引力作用的统一问题，提出了一个基于五维时空的新的电磁引力统一理论。从新的统一理论可以自然推导出上述的新电磁场方程。 探讨了新理论的可检验性，及其在天文学和宇宙学中的应用。（6）尝试将统一理论的思想纳入膜宇宙理论，从五维的引力场方程推导出膜宇宙中的电磁场方程。（7）从事脉冲星的多频段射电脉冲轮廓的研究，发现逆康普顿散射模型可以很好地复制脉冲星的辐射几何。项目组成员共完成发表和本项目相关8篇高水平的研究论文，并且相关研究工作还在进行中。