伽玛暴高能辐射的研究

伽玛暴是已知的最剧烈的高能爆发现象，是国际上研究热点之一。Swift卫星让我们对伽玛暴的早期余辉有了很多了解，但之前的观测多集中在MeV能段以下。伽玛射线大视场太空望远镜(Fermi)已于去年6月成功发射，它的一个科学目标就是观测伽玛暴的高能辐射，揭示其爆发机制。运行半年来，Fermi卫星已经取得了一些重要观测结果，如对GRB080916C观测到了13GeV的光子，其能谱从MeV到GeV是个简单幂律谱，没有逆康普顿散射成分，并且GeV光子跟MeV光子相比有个时间延迟等，这些观测结果对理论模型提出了新的挑战。我们申请这个项目就是希望通过对这些高能观测结果进行分析研究，讨论伽玛暴的辐射机制和爆发总能量，从而对伽玛暴的前身星和爆发机制给出很好限制。同时结合Swift卫星的观测，研究GeV辐射与sub-MeV辐射间的关联性。根据不同能量光子的到达时间差可以研究量子引力效应。

在本项目中我们主要研究了宇宙伽玛暴的辐射过程、能源机制及统计性质。我们研究了红移高达8.2的伽玛暴GRB090423的余辉性质，发现这高红移伽玛暴不是由超导宇宙弦产生的，仍然应该是由大质量恒星塌缩形成，文章发表在Phys. Rev. Letter上。X射线爆发事件Sw1644+57被认为是由超大质量黑洞潮汐撕裂恒星产生的，我们发现这个暴与GRB 090417B在爆发初期X射线辐射性质很类似，指出质量极其不同的黑洞可以产生类似的X射线爆发，其根本原因可能是这些爆发事件的中心引擎的能量提取机制及后期的能量耗散机制相同或类似。我们用已知红移伽玛暴的X射线数据为样本进行统计分析，发现了一些很有意义的结果，如在爆发早期X射线流量有一个平台，这表明伽玛暴的中心能源在这几十秒内的能量释放是比较平稳的。另外我们还发现伽玛暴的光球层辐射模型可以很好地解释观测到的四个统计关系，表明至少对部分伽玛暴其瞬时辐射应该来自于光球层辐射。我们还创造性地提出了“各向同性能量函数”的概念，并用它来研究伽玛暴的性质，发现伽玛暴的形成率跟已知的恒星形成率一致，支持了伽玛暴起源于大质量恒星塌缩的模型。