2009十大进展05 — 紫金山天文台在Swift和Fermi卫星时代的伽玛暴研究取得重要进展

[ 录入者:linq | 时间:2010-03-21 21:57:23 | 作者: | 来源:国家天文台网站 | 浏览:5786次 ]

2008年3月19日,美国宇航局Swift卫星 探测到一个来自牧夫座方向红移约为1.0的 极强的 伽玛射线暴,其光学波段的 辐射最亮时达5.3星 等,在爆发的 短短几十秒之内肉眼都能看到(多波段长时标光变曲线见图一)。这个暴在全世界引起了广泛的 兴趣和注意。紫金山天文台吴雪峰博士是研究该暴的 Swift理论组负责人,并且是这个暴的 “双成分喷流”模型的 主要提出者。相关研究成果在《Nature》上以“article”的 形式发表(Racusin, J. L., Karpov, S. V., Sokolowski, M., Granot, J., Wu, X. F., et al., 2008, Nature, 455, 183)。

 

 

图一、“肉眼”伽玛暴GRB 080319B从爆发直至爆后1个多月的 多波段光变曲线,以及“双成分喷流”模型示意图(Racusin et al., 2008, Nature, 455, 183)。

“双成分喷流”模型在GRB 080319B发现之前被提出并解释一些反常光变曲线(如Huang, Y. F., Wu, X. F., Dai, Z. G., Ma, H. T., & Lu, T., 2004, ApJ, 605, 300),但之前人们没有直接看到一个余辉光变曲线中存在2次喷流拐折。根据对多波段观测数据的 分析我们认为GRB 080319B的 喷流包含一个张角为0.4º的 超快窄成分,外面还存在一个张角大、能量相对较小的 宽成分。宽成分与Swift卫星 以及其它卫星 以往探测到的 伽玛暴喷流别无二致。也许每一个伽玛暴都有一个窄成分,但对于绝大部分的 伽玛暴,天文学家们都无法探测到。窄成分必须严格对准地球才能被探测到,这样的 概率几乎每10年才有一次。目前该工作已被引用90余次。

2008年9月16号, 美国宇航局Fermi伽玛射线大面积空间望远镜探测到来自红移4.3处的 伽玛暴GRB 080916C,并捕捉到来自该暴的 14个能量高于GeV的 伽玛光子。吴雪峰在Fermi组最先意识到利用该暴能量为13 GeV的 高能光子的 到达时间滞后(约16秒)来检验一些量子引力模型和洛仑兹对称性破缺的 重要性,并负责计算了量子引力能标的 下限,仅比普朗克能量(1.22x 10^19 GeV)低一个量级,结果以“Research Article”发表在《Science》杂志(Abdo, A. A. et al., Science, 323, 1688 - 按作者姓氏首字母排序)。该工作目前已被引用80余次。

几个月后,Fermi卫星 在2009年5月10号探测到来自红移0.9处的 短时标(持续时间小于2秒)伽玛暴GRB 090510。吴雪峰和他的 合作者利用该暴一个能量为31 GeV的 光子到达时间滞后(小于0.86秒),得到线性洛仑兹破缺所对应的 量子引力能量比普朗克能量还大,从而排除了洛仑兹对称性线性破缺的 可能性,证明了爱因斯坦在狭义相对论中提出的 洛仑兹不变性的 假设是正确的 ,结果以“Letter”形式发表在《Nature》杂志(Abdo, A. A. et al., Nature, 2009, 462, 331)。

此外,我们用有进动的 吸积盘所产生的 非同轴双成分喷流模型也可以很好地解释GRB 060206这个暴特殊的 余辉光变曲线(Liu, X. W., Wu, X. F., & Lu, T., 2008, A&A, 487, 503),研究了有径向结构的 伽玛暴喷流其早期余辉的 行为(Liu, X. W.Wu, X. F.Lu, T.,2009,RAA,9,911),以及计算了软伽玛重复暴的 超巨耀发对高能中微子和宇宙线的 背景辐射的 贡献(Liu, X. W.Wu, X. F.Lu, T.,2010,NewA,15,292)。

  申请人之一吴雪峰因伽玛暴X射线耀发的 理论分析工作获2008年度COSPAR(国际空间研究委员会)“青年学者杰出论文奖(Outstanding Paper Award for Young Scientists)”(见http://cosparhq.cnes.fr/Awards/awards.htm)。吴雪峰和他的 合作者在2009年11月举办的 Swift卫星 上天5周年庆祝大会(Swift Mission Conference: Celebrating 5 Years)上获得 “最佳展报奖”。吴雪峰于2009年8月参加在巴西里约热内卢召开的 第27届国际天文学大会,并应邀在第7联合讨论分会上作了“Jets in gamma-ray bursts”的 口头报告,2009年9月应美国科学院科学委员会之邀参加在昆明举行的 第12届中美前沿科学研讨会,并作为本届研讨会“伽玛射线暴”主题的 中方演讲人作了关于“Gamma-ray bursts in the Swift and Fermi era”的 口头报告。

Tags:科研成果 高能

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