伽玛暴中的偏振和其中心引擎的研究

Gamma-ray bursts (GRBs) are the intensive explosions in gamma-ray band. Two kinds of GRB central engines are black hole + accretion disk system and millisecond magnetar. Polarization, as a new method, can be used to investigate the physical properties of GRBs, e.g., central engines and emission mechanisms. In this project, we will study the GRB polarizations and their applications in detail. Our studies include: (a) calculate the polarization predictions of the internal shock model of GRB prompt emission; (b) The properties of GRB central engines, especially the central engines of the short GRBs (i.e., the electromagnetic counterparts of gravitational events), are the keynotes of the GRB field. We will study the polarization properties of GRBs with different central engines and then combine the polarization data of GRB prompt emission and early optical afterglow with the theoretical predictions to estimate the properties of GRB central engines; (c) combine the polarization of GRB prompt emission with the energy spectrum to infer the emission mechanism and jet composition of GRB prompt phase.

伽玛射线暴（简称伽玛暴）是伽玛射线波段的剧烈爆发现象，其两类中心引擎分别是黑洞+吸积盘系统和毫秒磁星。偏振作为新的研究手段，可揭示伽玛暴的中心引擎、辐射机制等重要物理性质。本项目将详细探讨伽玛暴中的偏振及偏振在伽玛暴研究中的诸多应用。具体研究内容包括：（a）计算伽玛暴瞬时辐射主流模型（内激波模型）下的偏振，得到该模型下的偏振特征；（b）伽玛暴中心引擎性质，特别是作为双中子星并合引力波事件电磁对应体的短暴的中心引擎性质，是伽玛暴研究的重点。我们将详细研究不同中心引擎下的偏振预言，结合伽玛暴瞬时辐射以及早期光学余辉的偏振观测，来判断伽玛暴的中心引擎种类；（c）结合伽玛暴瞬时辐射的偏振和能谱，探讨伽玛暴的辐射机制和喷流的物质组份等。

本项目主要以伽玛射线暴（伽玛暴）瞬时辐射的电磁辐射性质尤其是其偏振性质展开的研究。通过预言不同模型下伽玛暴瞬时辐射偏振曲线和偏振谱以及时间积分的偏振度，得到了区分瞬时辐射的同步模型和光球模型的方法，并将理论预言和现有的观测数据作对比，研究了伽玛暴瞬时辐射的辐射机制，辐射区的磁场位型，以及对POLAR-2的探测预期做了初步的估计。具体内容包括：给出了磁重联和内激波模型下伽玛暴瞬时辐射的偏振演化和偏振谱；将伽玛暴瞬时辐射时间积分偏振的理论预期和观测数据作比较，限定了伽玛暴瞬时辐射的辐射机制及辐射区的磁场位型；详细研究了伽玛暴瞬时辐射偏振方位角的转动及其原因。