费米卫星时代的伽玛暴外流体的物质组分研究

自1997年以来人们对伽玛射线暴(GRB)余辉的认识深入了许多，目前普遍认为中心能源的再活动以及外激波辐射都可以产生很强的余辉辐射。对于暴本身的产生机制人们目前没有一个确定的图象,产生暴本身的外流体的物质组分（磁化或者是重子成分为主）也还不清楚。工作在8keV-300GeV 能段的Fermi卫星给我们提供了前所未有的准确的GRB高能谱信息，一些地面和空间的偏振探测器已经或者即将投入使用，地面的大型中微子望远镜IceCube也将在2010年完工并投入使用. 我们计划利用那些新信息（包括GeV瞬时辐射谱，瞬时或极早期反向激波辐射的偏振信息以及瞬时的中微子辐射）对GRB本身的辐射机制以及外流体的物质组分给出强的限制，进而深化对GRB中心能源机制尤其是能量提取方式的认识。

在得到国家自然科学基金支持之后，项目组成员（范一中、高维洪、金志平）按照任务书要求，在伽玛暴的外流体的物质组分及相关科学问题开展了系列的研究工作。在ApJL，ApJ, PRD等杂志发表论文10篇。其中Fan et al. (2012 ApJL)利用光球层模型简练自洽的解释了4个观测到的伽玛暴的经验关系，意味着部分伽玛暴的外流体是重子为主导的，被《中国科学报》在头版予以了报道。我们还通过早期反向激波的数据拟合，进一步的得到了伽玛暴外流体是磁化的证据(Gao 2011 RAA; Jin et al. 2013 ApJ); 我们还指出一类新的伽玛射线爆发，即恒星被大质量黑洞撕裂事件，的外流体必须是磁化的(Shao, Zhang, Fan* & Wei 2011 ApJL; Gao 2012 ApJ)。我们还得到了一些长暴和短暴的中心能源是磁化中子星的证据(Fan et al. 2011 ApJ; Fan et al. 2013 ApJL), 并在短暴的X射线余辉数据中证认出可能的引力波辐射迹象(Fan, Wu & Wei 2013 PRD; Fan et al. 2013 ApJL), 这一发现如得到后续观测的支持，将是人类首次在伽玛暴这样的宇宙深处的爆发性天体中首次证认出引力波辐射信号。