伽玛射线暴极化的研究

Gamma-ray burst (GRB) is the most energetic explosion in the universe, and it is one of the most active research fields in modern high-energy astrophysics. Since the first discovery of GRB at the end of 1960s, many breakthroughs have been achieved in both the observational and theoretical aspects in the past half century. However, some of the most basic problems, especially the central engine, are still not very clearly understood. The research on GRB polarization provides a deep insight into the central engine. This project aims to do a detailed theoretical study on the polarization of GRB, and then further explore the central engine problem. China plans to launch a high-precious gamma-ray polarization detector named POLAR in 2016 onboard the space laboratory Tiangong II. The aim of POLAR is to accurately measure the polarization of GRB photons. Our research closely cooperates with the POLAR detector. First, we theoretically study the possible GRB explosion mechanisms and their polarization properties. Then, we compare our theoretical calculations with the observational data of POLAR, to select out the most possible model and at the same time to constrain the model parameters, hence laying the foundation for further revealing the central engine.

伽玛射线暴（GRB）是发生在宇宙当中最剧烈的天体活动过程,是当今高能天体物理学最活跃的研究领域之一。自上世纪六十年代末首次发现GRB以来，经过近半个世纪的努力研究，不管在实验上和理论上都有了突破性的进展。但是对一些最基本的问题，特别是GRB的中心引擎问题还不十分清楚。通过研究GRB光子的极化可以使我们对它的中心引擎有一个更加深入的了解。本申请项目旨在对GRB极化做详细的理论研究，继而深入探讨GRB的中心引擎。我国计划于2016年随着天宫II号空间站发射一个高精度的伽玛射线极化探测器POLAR，它的科学目标是精确测量GRB光子的极化。我们的研究项目与POLAR探测器紧密相结合。首先我们从理论上研究GRB各种可能的爆发机制及其不同极化特性。然后把理论计算与POLAR探测器观测到的极化数据进行比较，挑选出最有可能的GRB模型并且限制模型参数，从而为进一步揭示GRB的中心引擎奠定基础。

伽玛射线暴（GRB）是发生在宇宙当中最剧烈的天体活动过程,是当今高能天体物理学最活跃的研究领域之一。自上世纪六十年代末首次发现GRB以来，经过近半个世纪的努力研究，不管在实验上和理论上都有了突破性的进展。但是对一些最基本的问题，特别是GRB的中心引擎问题还不十分清楚。通过研究GRB光子的极化可以使我们对它的中心引擎有一个更加深入的了解。自2016年首次发现引力波以来，LIGO和Virgo合作组一共发现了十余个引力波事件，从此我们进入了多信使天文学时代。通过对引力波、电磁对应体、中微子的联合观测，可以对GRB中心引擎有更加深入的了解。我们从量子电动力学的基本原理出发，计算了不同磁场结构下GRB的极化规律以及极化方向随时间的演化。计算了伽玛暴在传播过程中由洛伦兹破坏引起的极化率改。研究了软伽马射线重复暴（SGR）和快速射电暴（FRB）的统计性质。研究了伽玛暴中微子的物质效应和相干效应。用数值模拟方法研究了引力波作为标准汽笛在限制宇宙学参数方面的应用。提出了利用引力波和电磁对应体的联合观测来限制宇宙中精细结构常数的变化的新方法。利用银河系旋转曲线详细研究了银河系内暗物质分布情况等。我们在相关方面取得了一系列重要的研究成果，共发表SCI学术论文20篇。