伽瑪射線暴高能光子輻射的理論研究

《伽瑪射線暴高能光子輻射的理論研究》是依託南京大學，由王祥玉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：伽瑪射線暴高能光子輻射的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王祥玉
• 依託單位：南京大學

項目摘要

伽瑪射線暴是來自宇宙空間的伽瑪射線爆發現象。近幾年，由於多個衛星項目對KeV到MeV輻射的觀測，伽瑪射線暴的研究取得了較大進展。然而，人們對伽瑪射線暴在更高能段的行為了解甚少。Fermi衛星已開始上天觀測，將為我們研究伽瑪射線暴在GeV能段的性質提供了難得的機遇。本項目擬結合Fermi對伽瑪射線暴的觀測，研究下面幾個方面的問題：1、藉助Fermi從KeV到GeV的觀察能譜和光變特徵，研究伽瑪射線暴瞬時階段高能光子的輻射機制；2、研究不同類別的伽瑪射線暴，特別是低光度伽瑪射線暴在餘輝階段的GeV-TeV輻射性質，包括研究不同階段的高能質子通過強子過程產生的高能伽瑪光子輻射，並與電子的逆康譜頓過程進行比較；3、研究X 射線耀變，包括短時標伽瑪射線暴的X 射線耀變的高能輻射性質； 4、研究不同類別的伽瑪射線暴產生的高能粒子輻射，包括研究它們是否是超高能宇宙線的源。

結題摘要

本項目按計畫順利完成，取得的主要成果有兩方面：一、揭示了Fermi 衛星觀測到的伽瑪暴早期階段高能光子的起源。主要包括：1、我們研究了Fermi/LAT探測到的伽瑪暴在早期階段的高能輻射起源，發現外激波過程產生的流量不足以解釋瞬時階段高能輻射的流量，因而早期高能輻射必須來自某種內部耗散過程。我們的工作第一次提出有力證據支持早期階段的高能輻射來自內部起源。後來Maxham 等人對多個暴的分析結果支持了我們的結論。2、我們還研究了伽瑪暴早期餘輝中的電子逆康普頓散射的Klein-Nishina 效應對高能輻射行為的影響，發現在很大的參數空間下逆康普頓輻射對高能餘輝的貢獻很小，並發現此效應可以影響高能餘輝衰減的斜率。二、研究了極高能宇宙線傳播的觀測效應。主要包括：1、利用Fermi/LAT觀測到的河外伽瑪射線背景輻射強度，得到了高紅移處的極高能宇宙線的產生率的重要信息，並進一步計算得到了宇宙極高能中微子的輻射強度的嚴格上限。2、研究了巨超新星模型產生的極高能宇宙線當傳播到地球時的能譜和化學組成，發現與國際Pierre Auger宇宙線天文台的觀測相符合。3、我們通過研究改正了Icecube 團組對理論預期的中微子流量的錯誤計算，指出目前IceCube的觀測結果並未能排除伽瑪暴產生中微子輻射的標準模型，同時研究了IceCube的觀測對伽瑪暴火球重要屬性的限制。 本項目在國際一流天文期刊上發表論文11篇（項目負責人為第一作者或通訊作者），被引用100多篇次。負責人在執行期間獲教育部自然科學一等獎（第四完成人）。