天体高能爆发的物理机制和地球环境

The high-energy radiations generated by high-energy explosions (solar flares, gamma-ray bursts and supernovae, etc.) have important impacts on the Earth environment, such as damaging communication, electronic and power systems, and destruction of the earth's ozone layer. Therefore, it is very important to study the occurrence frequency of these high-energy explosions. However, it is very difficult to study the frequency of high-energy explosions, because the history of the telescope was only about 400 years. Other sporadic ancient astronomical records can provide clues. In our 2017 paper, we proposed that the 14C abundance of tree rings can be used to study ancient high-energy explosions. This project will use GWAC observations and 14C measurements to study the frequency of high-energy explosions: 1. Using the China National Astronomical Observatory's ground-based wide-angle camera array (GWAC) to observe the superflares of solar-type stars, calculate the sperflares' frequency, and infer the frequency of superflares on our Sun; 2. Using the AMS method to measures the 14C content of ancient trees (eg, buried trees) rings. If the carbon 14 content increases rapidly within one year, it can only be caused by a high-energy astrophysical explosions. We will also study the physical origin of such incidents from the required energy and frequency. 3. GWAC can also detect the optical afterglows and optical flares of gamma-ray bursts. We also study the statistical laws and physical origins of optical flares.

天体高能爆发（太阳耀斑、伽玛射线暴和超新星等）产生的高能辐射对地球环境有重要影响，例如引起通信系统、输电线路故障，破坏地球臭氧层等。所以，研究这些高能爆发的发生频率非常重要。但是研究高能爆发频率非常困难，因为望远镜的历史才400多年，另外一些零星的古代天象记载可以提供线索。在我们2017年的文章中，我们提出利用树木年轮的碳十四丰度研究古代的高能爆发。本项目将利用GWAC和碳十四研究高能爆发的频率：1、利用国家天文台的地基广角相机阵GWAC观测类太阳恒星的超级耀发，计算其爆发频率，从而推测太阳超级耀发的频率；2、利用加速器质谱仪方法测量古树（例如乌木）年轮的碳十四含量。如果碳十四含量在一年内有快速增长，只能由天体高能爆发导致。我们还将从能量和爆发率方面研究这类事件的物理起源。3、GWAC还能探测伽玛射线暴的光学余辉及耀发，研究它们的统计规律及物理起源。

天体高能爆发产生的高能辐射对地球环境有重要影响，例如引起通信系统、输电线路故障，破坏地球臭氧层等。所以，研究这些高能爆发的发生频率非常重要。本项目利用GWAC望远镜阵列、TESS卫星和乌木碳十四含量研究高能爆发的物理和发生频率。.主要研究内容如下：1、利用国家天文台的GWAC观测类太阳恒星的超级耀发，计算其爆发频率，从而推测太阳超级耀发的频率；2、利用加速器质谱仪方法测量古树年轮的碳十四含量。3、研究伽玛射线暴的光学辐射。4、TESS卫星的数据，搜寻类太阳恒星的超级爆发，并研究其物理机制。.关键数据：项目执行期间，GWAC系统自主探测到耀发候选体250余个，重点研究了巨耀发事件G181229A，并探测到近邻恒星的白光超级耀发。项目组利用TESS卫星三年的数据搜寻了类太阳恒星的超级耀斑，总共发现15638个超级耀斑，并利用LAMOST的数据确定了恒星光谱参数。我们基于15638个太阳型恒星上的超级耀斑候选者训练了六个卷积神经网络。相关的数据和程序代码均已公开发布。.重要结果及物理意义：1、国台团队建成了世上首个短时标暂现源光变的实时警报系统。该系统具有对GWAC广角相机阵视场内恒星的光变进行自主实时监控和警报的功能。利用该系统发现了超冷星巨耀发事件G181229A，发现恒星磁场饱和强度临界。在这次耀发中，耀发填充因子占到了恒星表面30%的面积。利用该系统发现若干颗类太阳恒星的耀发候选体、超冷星的超级耀发、恒星的耀发及伴随的CME过程、密近双星耀发，搜寻了快速射电暴的光学对应体和发现了伽玛暴光学瞬时辐射，是我国首次在这个领域作出的贡献。2、项目组通过TESS卫星发现15638个超级耀斑，发现其与太阳耀斑有相似的频率分布，表明恒星耀斑和太阳耀斑具有相似的物理机制；并利用卷积神经网络对TESS像素级别数据中寻找超级耀斑。3、提出新的物理模型解释14C快速增长事件，同时还可以解释宇宙电子能谱的谱拐折。4、快速射电暴很可能有高能辐射。项目发现了快速射电暴的统一能量分布，被FAST观测证实；限制了FRB 200428的起源以及辐射机制；建立双星模型解释了多个快速射电暴的法拉第旋转量的演化，被《自然.亚洲》选为研究亮点，并被广泛应用；提出测量哈勃参数的新发法，被《自然.天文学》选为研究亮点。5、提出标准化伽玛暴的新方法，并测量了宇宙学参数。