伽玛暴甚高能辐射研究

The observation of Fermi, MILAGRO, etc. have indicated that GRBs emit the very high energy emission (VHE, >100GeV) . LHAASO is a new VHE and high energy cosmic ray telescope. Above several hundred GeV bands, LHAASO is more sensitive than Fermi/LAT. So LHAASO is expected to observe the VHE emission of GRB. We plan to carry out the following subjects with the LHAASO data: 1. with the data of LHAASO and other VHE instruments, we will constrain the Lorentz factor of GRB emission region by considering the pair production; 2. figure out the origin of VHE emission, and diagnose whether the inverse Compton radiation can explain the VHE data; 3. combining the LHAASO and Fermi/LAT data, figure out the origin of extra high energy component in spectrum. By carrying out the project, we will reveal the GRB radiation mechanism, the positions where the emission in every band are produced and the emission region Lorentz factor.

Fermi、MILAGRO等设备的观测已经表明，伽玛暴的高能辐射将延伸至甚高能伽玛波段（>100GeV）。LHAASO是我国新一代甚高能伽玛射线探测器和高能宇宙线探测器，在几百GeV以上，LHAASO的甚高能伽玛射线探测器灵敏度高于Fermi/LAT,因此LHAASO将有可能观测到伽玛暴的甚高能波段辐射。我们拟主要利用LHAASO的观测数据开展以下几方面的工作：1.利用LHAASO等高能设备的观测数据,考虑光子对湮灭限定伽玛暴辐射区的洛伦兹因子；2.研究伽玛暴甚高能辐射的起源，探讨各种情况下逆康普顿散射是否能解释甚高能辐射数据；3.结合LHAASO数据，研究Fermi/LAT暴观测到的高能额外成分的起源。通过项目的实施，将揭示伽玛暴辐射机制、各波段辐射产生的位置、辐射区运动速度等。

伽玛射线暴的伽玛射线通过何种机制产生是该领域争论的焦点问题之一。近年来，观测的进展使我们能够各种辐射机制进行检验，解释伽玛暴的能谱，揭示伽玛暴辐射的起源。本项目主要围绕伽玛暴辐射机制和辐射区物理性质问题展开研究。我们开发了同步和同步自康普顿散射能谱计算程序，并利用蒙特卡洛模拟程序对GBM/Fermi亮暴的时间分辨谱进行了批量地能谱拟合，结果排除了理论认为的快冷却模型，但支持了伽玛暴产生于单幂率电子的同步辐射机制，这为伽玛暴产生于同步机制提供了新的证据。我们还初步进行了同步和同步自康普散射模型同时拟合GBM/Fermi和LAT/Fermi两个波段能谱数据工作。我们的拟合程序也为解释将来可能观测到的暴阶段高精度高能伽玛、甚高能伽玛数据做好了准备。同时，我们从偏振角度研究了不同磁场位形、不同视角的同步辐射偏振演化，发现偏轴喷流的大尺度环形磁场模型偏振演化与POLAR等偏振仪的部分观测暴结果一致。这表明伽玛暴可能产生于大尺度环形磁场中的电子同步辐射。我们的结果为将来高精度的偏振数据检验伽玛暴辐射机制和磁场位形做好理论准备。我们开发了余辉阶段同步和同步自康普顿散射机制产生的宽波段（包括射电、光学、X-ray、高能伽玛射线等）光变及射电图像尺度计算程序，该程序能够同时利用多波段光变数据和射电图像来限制余辉激波物理参数，我们用它尝试解释了GRB 170817A的多波段光变。该程序为我们利用多波段余辉数据检验相对论激波的演化和粒子加速机制提供了重要的工具。我们还提出如果伽玛暴产生于双星，将可能因为伴星的遮挡、反射等产生较暗的伽玛暴或X-ray耀发，这为低光度伽玛暴的起源提供了一种合理的解释。