伽玛暴宇宙学的研究

伽玛暴和宇宙学的研究是天体物理中两个前沿的领域。本项目将利用伽玛暴研究宇宙学。伽玛暴是宇宙中最剧烈的爆发现象，迄今为止最高红移的伽玛暴是GRB090423(z=8.2)，所以其为研究高红移宇宙的有效工具。具体内容包括：(1)结合Swift和Fermi的高能波段的数据，探索伽玛暴新的光度关系，使得伽玛暴像Ia型超新星一样作为准标准烛光来限制宇宙学参数和暗能量，尤其对于高红移的暗能量。(2)观测发现长暴的暴发率偏离恒星形成率，恒星初始质量函数的演化可以解释该偏离。考虑初始质量函数的演化，用伽玛暴研究高红移的恒星形成率。(3)预测由第一代恒星产生的伽玛暴观测性质。通过模拟高红移伽玛暴爆发环境的性质，计算第一代恒星产生的伽玛暴的余辉和光谱性质，提取余辉光谱的金属吸收线研究高红移的星系际介质和金属丰度。由于伽玛暴的光谱是光滑的幂律谱，金属吸收线极可能被JWST观测到，可以用来研究金属丰度的演化历史。

由于伽玛射线暴的高红移优势，所以它是研究高红移宇宙的理想工具，包括暗能量、高红移的恒星形成率和金属丰度的演化等。本项目首先研究了伽玛暴物理，我们首次研究了伽玛暴X射线耀发的物理机制，发现与太阳耀斑具有相似的分布，并且可以用自组织临界理论解释。我们的结果表明X射线耀发的物理机制可能是磁重联。这为天文中的自组织临界现象的研究打开了新的窗口。本项目利用伽玛暴的最新数据研究了光度关系，并结合伽玛射线暴和其它天文观测，发现暗能量的状态方程与宇宙学常数是一致的。我们还研究了宇宙特殊方向的问题。我们利用伽玛暴的数据研究了高红移的恒星形成率，发现比预期的下降要慢，而且可以解释WMAP观测到的光深。我们利用数值模拟的方法模拟了第一代恒星产生伽玛暴的环境，发现伽玛暴余辉光谱的吸收线可以用来研究金属丰度的演化。这些研究可以为我国的SVOM卫星的提供理论基础。本项目还研究了宇宙学中的其它问题，例如利用星系对研究了空洞模型。