伽玛射线暴高能光子与粒子辐射的研究

Gamma-ray bursts are short-duration flashes of gamma-rays from the space. In recent years, Fermi satellite revealed some new features in the high-energy radiation of gamma-ray bursts, inclduing the extra high-energy spectral component, the delay of high-energy photons relative to low-energy KeV/MeV photons, the high-energy cutoff in the spectrum and etc. Meanwhile, the neutrino telescope IceCube begins to take data by observering GRBs, which can give meaningful constraints on the GRB neutrino emission. In this project, we plan to study the following problems: 1)study the origins of the high-energy photon delay, the extra high-energy spectral components and the high-energy spectral cutoff and their implication for the properties of the relativistic outflow from GRBs and the particle acceleration physics; 2)study the radiation of high-energy protons by using the nenutrino observational data; and 3)study whether GRBs are the sources of ultra-high energy cosmic rays by using the data from Pierre Auger Observatory.

伽玛射线暴是来自宇宙空间的伽玛射线爆发现象。近几年，Fermi卫星揭示了伽玛射线暴高能光子辐射的一些新特点，包括额外高能光谱成分、高能光子相对低能光子存在时间延迟，高能能谱截断等现象。同时南极中微子望远镜IceCube也开始对伽玛暴的中微子辐射给出了有意义的限制。申请人拟利用Fermi卫星和IceCube探测器的观测数据研究下面几个问题：1）研究Fermi/LAT发现的高能光子时间延迟、额外光谱成分、高能截断等现象的物理起源及其对伽玛射线暴喷流属性、相对论激波粒子加速机制等性质的意义；2）通过中微子的观测限制研究伽玛暴中的质子辐射的性质；3）同时结合Pierre Auger天文台的极高能宇宙线的观测资料研究伽玛射线暴是否是极高能宇宙线的源。

本项目围绕高能伽玛光子、高能宇宙线和高能中微子开展研究。在伽玛射线暴高能光子的性质、IceCube高能中微子的起源以及极亮红外星系的高能辐射方面取得了一些创新性成果，包括：1）利用费米卫星数据，发现近邻亮红外星系NGC 2146的高能辐射，以及第一个超亮红外星系(Arp 220)的高能辐射；2) 提出利用中微子与光子的飞行时间差来检验狭义相对论的洛伦兹不变性原理和广义相对论的等效原理，得到了对这些基本原理的精确检验;3)提出中微子起源的一种新模型：即宇宙中恒星形成星系中的巨超新星加速宇宙线在星系中传播时与周围气体物质碰撞生成中微子; 4)利用费米卫星对于伽马射线暴的观测数据，发现了多个有高能能谱截断的伽马暴，并发现喷流的相对论洛伦兹因子与喷流光度有很好的相关性。