引力波时代短暴的多波段统计研究及其对理论模型的限制

The reports that the gravitational wave event has been detected firstly, and the gravitational wave may be associated with a short Gamma-Ray Burst (SGRB), has opened up a new window for the study of SGRBs, which will become a hot topic in the research field of GRBs. Due to the limitation of early observation instruments, our understanding of the overall characteristics and the physical nature of SGRBs is far from enough. We plan to study the multi-band statistical properties and physical mechanism of short GRBs with the public data by Swift, Fermi and some ground-based optical and radio telescopes as well as observations of gravitational waves. The main research contents are as follows: 1) to systematically analyze the multi-band statistical features and correlations of SGRBs; 2) to analyze the characteristics and physical relations of SGRBs in the rest frame and commoving frame; 3) to analyze the redshift distribution and luminosity function of SGRBs; 4) to reveal the relationship between gravitational waves and SGRBs, and so on. It is expected to further constrain the progenitor, central engine and radiation processes of SGRBs including long-SGRB, suggest the intrinsic differences between SGRBs and long GRBs, and provide guidance for the detection of electromagnetic counterpart of gravitational waves.

随着引力波首次被探测到以及发现这一引力波事件可能与一短暴相关联，这为短暴的研究打开了一个全新的窗口，必将成为伽玛暴研究领域的一个热点。由于早期观测仪器的限制，我们对短暴整体特性和物理本质的认识不够。本项目将利用Swift、Fermi等空间卫星以及大量地面光学、射电望远镜的公开数据，并结合引力波的探测，系统研究短暴的多波段统计特性和物理机制。研究内容主要包括： 1）全面系统地分析短暴（包括长短暴）瞬时辐射和余辉的多波段特征和可能的统计关系；2）分析短暴在暴源坐标系和共动坐标系的特性和物理关系；3)分析短暴的红移分布和光度函数；4）研究引力波、巨新星成分探测对短暴起源的限制等。期望通过这些研究进一步限制短暴（包括长短暴）的前身星、中心能源机制和辐射过程以及弄清长、短暴本质上的差异，并为探测引力波电磁对应体提供指导。

短伽玛射线暴（短暴）与引力波成协的发现为短暴的研究打开了一个全新的窗口。本项目研究短暴的多波段统计特性及其对理论模型的限制。项目执行期间，随着国际上关于短暴观测和研究的进展对研究内容做了适当调整，并且根据引力波等重大观测发现扩展了项目研究内容，使本项目的成果达到了预期目标。共发表SCI收录论文7篇，论文总引用46次（ADS统计）；依托本项目培养硕士研究生2名，正指导硕士生5名。主要成果包括：（1）提出第一个与引力波成协的短暴GRB 170817A可能与其它一些类似的低光度短暴构成伽玛暴的一个子类，都是由中子星并合产生;（2）首次给出了短暴的各向同性能量函数和X射线余辉光度函数，发现短暴的X射线余辉光度函数与瞬时辐射的光度函数基本一致；（3）提出长短暴的形成率很高，可以通过探测长短暴与引力波成协确定长短暴的前身星；（4）发现长暴的持续时间、峰值能量、各向同性辐射能和光度在共动坐标系下都是对数正态分布的，且弥散很小，表明长暴的内禀特性差异不是很大，另外谱能关系在共动坐标系下仍然存在，但并不能作为一个标准烛光。（5）提出GW 170817/GRB 170817A成协事件的中心引擎是通过磁过程提取能量的。