GRBs and fundamental physics
伽马射线暴(GRB)是宇宙学距离上短暂而强烈的闪光,是宇宙中最明亮的爆炸。伽玛射线暴的高亮度使它们在可见宇宙的边缘都能被探测到。因此,它们是探测高红移宇宙性质的独特工具:包括宇宙膨胀和宇宙的暗能量、恒星形成率、再电离期和宇宙的金属演化。首先,它们可以用来限制宇宙加速的历史和暗能量在其他宇宙探测器难以达到的红移范围内的演化。第二,长伽玛暴被认为是由大质量恒星的坍缩形成的。因此,它们可以用来推导高红移恒星的形成率,这是目前的观测所不能探测的。此外,伽玛暴作为宇宙学工具的使用可以揭示宇宙的再电离历史和金属演化,星系际介质(IGM)的性质和早期宇宙中第一批恒星的性质。但除此之外,伽玛暴高能光子还可以用来约束洛伦兹不变性破坏(LIV)和检验爱因斯坦等效原理(EEP)。本文综述了伽玛暴宇宙学和伽玛暴探测基础物理的研究进展。
2016-01-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Optical and X-ray GRB Fundamental Planes as Cosmological Distance Indicators
伽马射线暴(GRB),可以作为标准化的烛光,将距离阶梯扩展到Ia型超新星(SNe Ia,$z=2.26$)之外。我们使用3D基本平面关系(Dainotti关系)之间的休息帧结束时间的X射线平台发射,其相应的亮度,和峰值提示亮度标准化伽玛暴。结合超新星Ia和伽玛暴,我们约束$Ω_{\text{M}}= 0.299 \pm 0.009$假设一个平坦的$Λ$ CDM宇宙学和不纠正伽玛暴的选择偏差和红移的演变。使用3D光学Dainotti相关,我们发现该样品在测定$Ω_{\text{M}}$方面与X射线样品一样有效。我们修剪我们的伽玛暴样品,以实现更紧密的平面,以模拟额外的伽玛暴。我们确定了需要多少伽玛暴作为独立的探针,以实现一个相当的精度在$Ω_{\text{M}}$上获得的SNe Ia。我们分别在2011年和2014年使用142和284个模拟光学伽玛暴获得了相同的误差测量,考虑变量的误差线减半。这些误差极限将分别在2038年和2047年达到。与当前样本相比,使用加倍的样本(通过未来的机器学习方法获得,允许在z未知时进行光变曲线重建和GRB红移的估计),误差线减半,我们将分别在2011年和2014年达到与SNe Ia相同的精度。如果我们考虑目前的SNe精度,到2054年将达到390个光学伽马射线暴。
2022-06-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Spectral analysis of Fermi-LAT gamma-ray bursts with known redshift and their potential use as cosmological standard candles
长持续时间的伽马射线暴(LGRB)可以作为标准烛光来限制宇宙学参数,通过探测哈勃图远远超出目前使用Ia型超新星可以达到的红移范围。伽玛暴的标准化是基于从光谱模型中发现的两个或多个参数之间的唯象关系,其中一个强烈依赖于宇宙学模型。Amati关系将瞬发伽马射线谱能量分布$νF_ν$达到峰值的源-帧能量${E_{\mathrm{i,p}}}$与瞬发相位期间发射的各向同性等效测热能量${E_{\mathrm{iso}}}$联系起来。我们对费米大面积望远镜(LAT)在2008年7月至2017年9月的9年运行期间探测到的26个具有已知红移的GRB进行了光谱分析,从而将${E_{\mathrm{iso}}}$的计算扩展到100 MeV范围。需要多个分量来拟合许多伽玛暴的光谱。我们发现,阿马蒂关系是满意的25个LGRB,最佳拟合参数类似于以前的研究,使用来自不同的卫星实验的数据,而唯一的短伽玛暴已知的红移是一个离群值。使用Amati关系,我们扩展了哈勃图红移4.35和约束的哈勃常数和暗能量密度的$Λ$ CDM模型,费米-LAT伽玛暴单独和与另一个样本的94伽玛暴和最新的超新星Ia型数据。我们的结果与目前可接受的误差范围内的宇宙学参数是一致的。
2019-10-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Improving sampling and calibration of GRBs as distance indicators
我们提出了一个样本的74个伽马射线暴(GRB)从费米GBM目录,我们计算的距离模量,并用它们来约束有效的暗能量模型。为了克服影响伽玛暴作为距离指标的圆度问题,我们用宇宙学无关的技术校准了我们样品的Amati关系。具体来说,我们使用最新的观测哈勃参数数据,包括相关的系统学,通过贝塞尔参数曲线近似宇宙膨胀。随后,我们获得了GRB的距离模量,并将这些数据纳入了一系列最近的宇宙学观测数据(Planck Compressed 2018,2012 BOSS发布的BAO数据和Pantheon SNIa),以计算标准宇宙学模型$Λ$ CDM的贝叶斯后验约束,以及$ω$ CDM和CPL参数化。在整个分析过程中,我们努力控制误差传播,并限制我们的伽玛暴样本,以避免观测偏差。因此,我们没有发现支持$Λ$ CDM模型替代方案的证据。后者与我们校准的伽玛暴样品和现有的光度距离探测器非常一致。
2020-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Search for Cosmological time dilation from Gamma-Ray Bursts -- A 2021 status update
我们在尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台探测到的伽马射线暴(GRB)的光变曲线中寻找宇宙学时间膨胀的特征。为此,我们计算了两个不同的持续时间($T_{50}$和$T_{90}$)为247个样本的伽玛暴在固定的休息框架的能量间隔为140-350 keV,类似于张等。然后,我们进行了基于幂律的持续时间和红移之间的回归分析。该搜索使用未分组和分组数据进行,其中使用加权平均值和几何平均值。对于每个分析,我们还计算内在散射以确定关系的紧密性。我们发现,加权平均为基础的分组数据为长伽玛暴和几何平均为基础的分组数据是一致的宇宙学时间膨胀签名,而使用未分组的持续时间的分析显示出一个非常大的分散。我们还公开了我们的分析代码和获得光变曲线和估计$T_{50}$ / $T_{90}$的程序。
2022-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
High-redshift Cosmology by Gamma-Ray Bursts: an overview
本文综述 GRB 相关关系及其作为高红移宇宙学探针的应用,强调偏差校正、多探针联合、似然选择、宇宙志和机器学习的重要性。
2024-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Standardizing the Gamma-ray burst as a standard candle and applying to the cosmological probes: constraints on the two-component dark energy model
本研究利用伽马射线暴光变曲线的平台与衰减阶段特征,通过二维、三维基本面关系将其标准化为标准烛光,结合Ia型超新星数据约束单/双成分暗能量模型,发现双成分模型的两个暗能量状态方程参数接近,且$ω$CDM模型更优。
2024-05-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic explosions, life in the Universe and the Cosmological Constant
银河系伽马射线暴(GRB)是丰富的伽玛射线源,可以对复杂的生命构成威胁。利用最近对它们的速率和GRB导致大规模灭绝的概率的测定,我们探索了什么类型的宇宙最有可能拥有先进的生命形式。为此目的,我们使用宇宙学N体模拟,以确定在什么时间和什么值的宇宙学常数($Λ$)的机会,不受宇宙爆炸的影响是最大化的。我们发现,$Λ-$占主导地位的宇宙有利于生命的生存对伽玛射线暴。在$Λ$ CDM宇宙学中,决定生命存活到伽玛暴的可能性的参数由$Λ$的值和宇宙的年龄决定。我们发现,我们似乎生活在一个有利的点,在这个参数相空间,最大限度地减少暴露于宇宙爆炸,但最大限度地提高了主序列(氢燃烧)恒星周围的先进的生命形式可以存在的数量。
2016-02-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Discerning the physical origins of cosmological Gamma-ray bursts based on multiple observational criteria: the cases of z=6.7 GRB 080913, z=8.3 GRB 090423, and some short/hard GRBs
最近由雨燕探测到的两个高红移的伽马射线暴,z=6.7的GRB 080913和z=8.3的GRB 090423,看起来本质上是短而硬的GRB。如果它们发生在z <= 1的位置,BATSE可以将它们识别为短/硬伽玛暴。我们对两种不同类型的宇宙学伽玛暴(I/II型)及其观测特征进行了更深入的研究。我们重申I/II型伽玛暴的定义和审查的观测标准和它们的物理动机。与传统的基于伽马射线性质(持续时间,硬度和光谱滞后)分配物理类别的方法相反,我们采取了另一种方法来定义I型和II型金样品,使用几个更直接相关的GRB祖先的标准,并研究两个金样品的性质,并将它们与传统的长/软和短/硬样品进行比较。我们发现,第二类黄金样本合理地跟踪长/软人口,虽然它包括几个本质上短(在休息帧短于1秒)伽玛暴。第一类金样品只有5个伽玛暴,其中4个不是严格短的,但有延长发射。在雨燕时代探测到的其他短/硬伽玛暴代表了BATSE短/硬样本井,但目前还不清楚它们是否都属于I型。我们认为,一些(甚至可能是大多数)高光度短/硬伽玛暴,而不是属于II型。我们认为GRB 080913和GRB 090423更可能是II型事件。我们再次强调调用多个观测标准的重要性,并谨慎地提出了一个操作程序来推断一个给定的伽玛射线暴的物理起源与可用的多个观测标准,与各种警告。
2009-08-06 astro-ph.HE
Cosmology with gamma-ray bursts: I. The Hubble diagram through the calibrated $E_{\rm p,i}$ - $E_{\rm iso}$ correlation
伽马射线暴是宇宙中能量最大的爆炸。它们可以被探测到非常高的红移,因此可以被用来研究宇宙的膨胀率和研究暗能量的观测特性,前提是光谱和强度特性之间的经验相关性被适当地校准。我们使用Ia型超新星的光度距离来校准伽玛暴中峰值光子能量$E_{p, i}$和各向同性等效辐射能量$ E_{iso}$之间的相关性。利用这种关联,我们检验了利用伽玛暴测量宇宙学参数和获得暗能量基本性质和演化指示的可靠性。利用162个具有实测红移和光谱的伽玛暴,我们应用局域回归技术,用Ia型超新星数据校准了$E_{p, i}$ - $E_{iso}$相关,建立了校准后的伽玛暴哈勃图。我们测试了可能的红移相关性及其对哈勃图的影响。最后,我们利用GRB哈勃图研究了暗能量状态方程。为此,我们专注于所谓的Chevalier-Polarski-Linder(CPL)参数化的暗能量状态方程和实现马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法,有效地采样宇宙学参数的空间。我们的分析再次表明,$E_{p, i}$ - $E_{iso}$关联没有明显的红移依赖性。因此,高红移伽玛暴可以作为一种宇宙学工具,用来确定基本的宇宙学参数和检验在SNIa和重子声学振荡数据所未探测到的红移区($z\geqslant 3$)中的各种暗能量模型。我们更新的伽马射线暴校准哈勃图提供了一些边缘指示(在$1σ$水平)的演变暗能量EOS。
2016-10-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmology with Gamma-Ray Bursts
伽马射线暴(GRB)是宇宙中最亮的源,主要发射硬X射线能带,并且在红移高达~8.1处被探测到。因此,它们在原则上是宇宙学非常强大的探测器。本文简要回顾了利用伽玛暴测量宇宙学参数的研究,这些研究主要是基于光谱峰值光子能量与总辐射能量或光度之间的相关性。特别是,基于95个伽玛暴的富集样本,我将提供Amati等人(2008)的分析的更新,该分析旨在从Ep,i-Eiso相关性中提取关于Omega_M的信息,并在较小程度上提取关于Omega_Lambda的信息。我还简要讨论了使用伽玛暴作为IGM高分辨率吸收光谱学宇宙学信标的前景(例如,WHIM),并作为SFR的示踪剂,直到宇宙的“黑暗时代”(z > 6)。
2009-08-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Electron-positron plasma in GRBs and in cosmology
电子-正电子等离子体被认为在早期宇宙和伽马射线暴(GRB)源中起着重要作用。我们着重讨论了早期宇宙中正负电子等离子体的物理条件与伽玛暴源的相似性和差异性。我们讨论了a)动力学差异,即伽玛暴源流出的热加速与宇宙学减速; b)核组成差异,如早期宇宙中轻元素的合成和伽玛暴等离子体中重元素的可能破坏; c)最后一次光子被电子散射时的不同物理条件。只有在加速阶段的光学厚的电子-正电子等离子体共同运动的观察者可能会发现它类似于早期宇宙。这种相似性在滑行阶段被打破。对核丰度的再处理可能在伽马射线暴源中进行。重核元素然后被破坏,主要产生质子和少量氦的混合物。与原始等离子体复合形成中性氢并发射宇宙微波背景辐射不同,伽马射线暴等离子体没有冷却到足以复合。
2013-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Study of Cosmological Models Based on Long Gamma-ray Bursts Duration Histogram
本研究利用长伽马射线暴持续时间直方图,通过蒙特卡洛模拟和χ²最小化,比较ωCDM与ΛCDM模型,发现ωCDM更受青睐,并估计暗能量状态方程参数α非零。
2024-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmological implications of Fast Radio Burst / Gamma-Ray Burst Associations
如果一小部分快速射电暴(FRB)与伽马射线暴(GRB)有关,那么GRB的红移测量和FRB的色散测量(DM)的结合将为研究宇宙学打开一扇新的窗口。在宇宙基本上完全电离的$z<2$,FRB/GRB对的探测可以给出宇宙的重子质量分数$Ω_b f_{\rm IGM}$的星系际介质部分的独立测量。如果在更高的红移处发现FRB/GRB关联的好样本,则可以绘制自由电子柱密度历史,这可以用于探测宇宙中氢和氦的再电离历史。我们将我们的公式应用于伽玛暴101011 A和100704 A,每个伽玛暴都可能有一个相关的FRB,并约束$Ω_b f_{\rm IGM}$与其他方法得出的值一致。如果与伽玛暴无关的FRB的红移可以用其他方法测量,这里提出的方法也是适用的。
2014-01-30 astro-ph.HE
Gamma-Ray Bursts as an Independent High-Redshift Probe of Dark Energy
National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI(综合研究大学院大学);Space Science Institute(空间科学研究所);Department of Physics and Astrophysics, University of Las Vegas, NV(内华达大学拉斯维加斯分校物理与天体物理学系);Jagiellonian University(雅盖隆大学);Astronomical Observatory of Jagiellonian University in Kraków(雅盖隆大学克拉科夫天文台);Dipartimento di Fisica “E.R. Caianiello”, Università di Salerno(萨莱诺大学E.R. Caianiello物理系);INFN Gruppo Collegato di Salerno - Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所萨莱诺协作组-那不勒斯分部);Department of Physics and Astronomy, University of Hawai‘i(夏威夷大学物理与天文学系);School of Mathematics and Statistics, University of Sheffield(谢菲尔德大学数学与统计学院);Department of Physics and Astronomy, Clemson University(克莱姆森大学物理与天文学系);Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学天文研究所)
本文研究伽马射线暴作为高红移暗能量探测工具的可行性,利用X射线和光学Dainotti关系,评估其对宇宙学参数的约束能力,并展示通过机器学习技术可实现的探测精度。
2026-05-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
$E_{\mathrm{iso}}$-$E_{\mathrm{p}}$ correlation of gamma ray bursts: calibration and cosmological applications
伽马射线暴(GRB)是宇宙中最具爆炸性的现象,可以用来研究宇宙的膨胀。在本文中,我们根据Swift和Fermi的观测结果为$E_{\mathrm{iso}}$ - $E_{\mathrm{p}}$相关性编制了一个长GRB样本。该样品包含221个红移从0.03到8.20的长伽玛暴。从不同红移区间的数据分析中,我们没有发现统计上显著的证据表明这种关联的红移演化。然后,我们校准的相关性在六个子样本和使用校准的一个约束宇宙学参数。采用分段方法研究了暗能量状态方程(EOS)的红移演化,发现EOS在低红移处趋于振荡,而在高红移处与$-1$一致.这暗示了在低红移下存在$2σ$置信水平的动力学暗能量。
2022-08-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Study of luminosity and time evolution in X-ray afterglows of GRBs
伽马射线暴(GRB),已被观测到的红移高达$z \approx 9.5$,可以是早期宇宙的很好的探针,并有可能测试宇宙学模型。Dainotti对具有已知红移和确定的X射线平台的GRB雨燕余辉光变曲线的分析表明,平台结束时的\underline{rest frame}时间(平台结束时间)与当时计算的光度之间存在反相关(或平台持续时间与光度之间近似存在反相关)。我们在这里提出了一个更新的相关性与一个更大的数据样本的101个伽玛暴具有良好的光变曲线。由于这种相关性的一些可能会导致这些内在参数的红移依赖性,即它们的宇宙学演化,我们使用Efron-Petrosian方法来估计光度和时间演化,并纠正这种影响,以确定这种相关性的内在性质。
2013-07-27 astro-ph.HE
A giant ring-like structure at 0.78<z<0.86 displayed by GRBs
根据宇宙学原理,宇宙大尺度结构是均匀的、各向同性的。然而,可观测的宇宙即使在非常大的尺度上也显示出复杂的结构。最近发现的结构大大超过了370 Mpc的过渡尺度,对宇宙学原理提出了挑战。我们在这里报告发现的最大的规则形成在可观测的宇宙;一个环的直径为1720百万秒差距,显示由9个伽马射线暴(GRB),超过了一个因素的过渡尺度均匀和各向同性的分布。在0.78<z<0.86的红移范围内,环的大直径为$43^o$,小直径为$30^o$,距离为2770 Mpc,$2\times 10^{-6}$可能是伽玛射线暴计数率随机波动的结果。有证据表明,这个特征是一个壳在天空平面上的投影。孔洞和弦状结构是大尺度结构的常见结果。然而,这些结构的最大尺寸为150 Mpc,比观测到的GRB环直径小一个数量级。支持壳解释的证据要求瞬态伽玛暴的时间信息被包括在分析中。这个环形特征大到足以与宇宙学原理相矛盾。造成这种情况的物理机制尚不清楚。
2015-07-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gamma-ray Burst Cosmology
伽马射线暴是宇宙中最明亮的电磁爆炸,它在硬X射线波段发射出高达$8.8\times10^{54}$ erg的各向同性等效能量。高亮度使它们能够在宇宙中探索的最大距离内被探测到。伽玛暴作为宇宙深处的明亮灯塔,将是探测高红移宇宙性质的理想工具,包括宇宙膨胀和宇宙暗能量、恒星形成率、再电离期和宇宙金属富集历史等。本文综述了伽玛暴的光度关联及其对宇宙学参数和暗能量的影响。观测表明,长伽玛暴的前身是大质量恒星。因此,长伽玛暴可以作为恒星形成速率的示踪物。我们还回顾了来自伽玛暴的高红移恒星形成率,以及宇宙再电离历史的影响。伽玛暴的余辉一般具有破幂律谱,因此有可能提取星系际介质(IGM)的吸收特征。我们还介绍了高红移伽玛暴探测银河系前金属富集和第一批恒星的能力。
2015-04-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Tightening Cosmological Constraints Within and Beyond $Λ$CDM Using Gamma-Ray Bursts Calibrated with Type Ia Supernovae
INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte(意大利国家天体物理研究所卡波迪蒙特天文台);Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University(北京师范大学前沿天文与天体物理研究院);Department of Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学天文系);INAF - Osservatorio Astronomico di Padova(意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台);Università di Camerino(卡梅里诺大学);INAF - Osservatorio Astronomico di Brera(意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia(意大利国家核物理研究所佩鲁贾分部);SUNY Polytechnic(纽约州立理工大学);Al-Farabi Kazakh National University(阿里-法拉比哈萨克国立大学);ICRANet(国际相对论天体物理中心网络)
本文提出一种无模型方法,结合Pantheon+数据集、人工神经网络和两种伽马射线暴相关性,构建从低到高红移的距离阶梯,以约束ΛCDM和w0waCDM宇宙学参数。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Investigating the Evolution of Amati Parameters with Redshift
伽马射线暴(GRB)是宇宙中最明亮的天体之一,因此可以观测到非常高的红移。伽玛暴的强度和光谱之间的经验相关性可以用来估计宇宙学参数。然而,伽玛暴随红移演化的可能性是一个长期存在的难题。在这项工作中,我们使用了162个长持续时间的伽玛暴,以确定是否低于和高于一定的红移伽玛暴有不同的属性。伽玛暴被分成两组,我们分别适合每一组的Amati关系。我们的研究结果表明,两组的Amati参数的估计有很大的不同。我们进行模拟,以调查是否选择效应可能导致的差异。我们的分析表明,差异可能是内在的,选择效应不是它们的真正起源。
2022-11-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Measuring cosmological parameters with Gamma-Ray Bursts
在几十秒内,伽马射线暴(GRB)发射出相当于各向同性辐射能量Eiso的10^54 erg,因此可以在z ~10处观测到它们。因此,这些现象似乎是描述宇宙膨胀率历史的非常有前途的工具。本文综述了利用伽玛暴的Ep,i-Eiso关联测量宇宙学密度参数Omega_M.我们表明,目前的数据集的伽马射线暴,再加上假设我们生活在一个平坦的宇宙,可以提供独立的证据,从其他探测器,欧米茄_M ~0.3。我们表明,目前(例如,Swift,Fermi/GBM,Konus-WIND)和即将进行的GRB实验(例如,CALET/GBM、SVOM、Lomonosov/UFFO、LOFT/WFM)将使我们能够以与目前Ia型超新星表现出的精度相当的精度约束Omega_M,并研究暗能量的特性及其随时间的演化。
2013-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gamma Ray Bursts Scaling Relations to test cosmological models
伽马射线暴(GRB)可以用来约束宇宙学参数,从中等红移到很高的红移。这些强大的系统可能是SNeIa超新星之后更可靠的距离指示器。我们考虑伽玛暴样本,以实现的光度距离红移关系,并考虑几种可能的标度关系推导宇宙学参数的值。伽玛暴,如果SNeIa校准,似乎可靠的距离指标,并给出与LCDM模型的宇宙学参数。结合高能中微子实验和LIGO-VIRGO等引力波探测器,研究了伽玛暴与中微子和引力波信号的关联。本文讨论了利用平方公里阵列(SKA)望远镜进行首次GRB射电巡天的可能性。
2012-06-29 astro-ph.HE hep-ph
Why Are Some Gamma-Ray Bursts Hosted by Oxygen-rich Galaxies?
理论上,长伽马射线暴(GRB)预计会发生在低金属含量的环境中,因为在一个单一的大质量恒星的情况下,低铁丰度防止通过恒星风损失角动量,导致超相对论喷流和爆发。从这个意义上说,不仅是简单的金属丰度测量,而且低铁丰度([Fe/H]<-1.0)也至关重要。然而,在观测上,由于更强的发射,氧丰度被测量得更频繁。在氧丰度方面,一些伽玛暴被报道是由高金属量的恒星形成星系所承载的,与理论预测相矛盾。在这里,我们比较铁和氧丰度的第一次伽玛暴宿主星系(GRB 980425和080517)的基础上的发射线诊断。估计的总铁丰度,包括气体和尘埃中的铁,远低于太阳值。总铁丰度可以用理论预测的典型值([Fe/H]<-1.0)来解释,尽管其中一个中的氧丰度很高。根据我们的铁丰度测量,即使宿主的氧丰度非常高,如太阳值,单个大质量恒星的情况仍然存在。仅仅依靠氧丰度可能会误导我们对伽玛暴的起源。测得的氧铁比[O/Fe]可以与斯隆数字巡天中测得的含铁星系中的最高值相媲美。这种高[O/Fe]可能的理论解释包括宿主的年轻年龄,头重脚轻的初始质量函数,以及铁元素在超新星爆炸中的回落机制。
2018-08-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Type Ib/c Supernovae with and without Gamma-Ray Bursts
虽然长伽马射线暴(GRB)和来自剥离恒星的Ib/c型超新星(SNe Ib/c)之间的联系已经得到了很好的建立,但一个关键的悬而未决的问题是什么条件和因素导致大质量剥离恒星中的每种爆炸。一个有希望的攻击路线是调查是什么将具有GRB的SNe Ib/c与不具有GRB的SNe Ib/c区分开来。在这里,我简要介绍了两个观测研究,探测SN属性和环境金属丰度的SNe Ib/c(特别是广泛的SNe Ic)与和没有GRB。我提出了一个分析的基础上公布的光谱和均匀的光谱CfA数据集的70 SNe的类型IIb,Ib,Ic和Ic-BL,这三倍的世界供应良好的观察剥离SNe的膨胀速度。此外,我证明了三个已发表的SN Ib/C金属丰度数据集的荟萃分析,当只包括在SN位置探测出生氧丰度的值时,表明在非常高的意义,确实SNe Ic爆发从更多的金属丰富的环境比SNe Ib,而SNe Ic-BL与GRB仍然喜欢,平均而言,比那些没有GRB的金属贫乏的网站。
2012-05-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Unified Model for GRB Prompt Emission from Optical to $γ$-Rays: Exploring GRBs as Standard Candles
伽马射线暴瞬发辐射的起源仍是一个悬而未决的问题。在少数伽玛暴中观察到的相关的瞬发光学和伽马射线发射强烈表明了一个共同的发射区域,但未能充分拟合宽带伽玛暴光谱促使人们假设低能和高能辐射的发射机制不同。我们证明,我们的多组分模型的伽玛射线的即时发射提供了一个很好的适合伽玛射线暴110205 A从光学到伽玛射线能量。我们的研究结果表明,光学和最高的伽马射线辐射具有相同的空间和光谱起源,这是不同的大部分的X射线和最软的伽马射线辐射。最后,我们对GRB 110205 A的精确红移估计表明,GRB有希望作为宇宙学标准烛光。
2016-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
The nature of Long-GRB host galaxies from chemical abundances
伽马射线暴(GRB)是宇宙大爆炸后能量最高的事件,在很高的红移下观测到。通过测量现在可用于承载此类事件的星系的化学丰度,认为这些事件起源于非常强大的超新星(Ib/c型)的爆炸,我们有机会研究这些宿主星系的性质。本文的目的是确定在低和高红移观测到的长伽玛暴(LGRB)的宿主,看看宿主是否可以是在不同宇宙时代观测到的同一类型的星系。我们采用了详细的化学演化模型,为不同形态类型的星系(椭圆形,螺旋,不规则),以下几个化学元素(H,He,$α$ -元素,Fe)的丰度的时间演化,并与观测到的丰度和丰度比的结果进行了比较,在星系的LGRB。我们发现,为典型的不规则星系设计的模型所预测的丰度和丰度比,无论在高红移还是在低红移,都能很好地拟合宿主星系的丰度。我们还发现,预测的Ib/c型超新星的不规则星率是在很好的协议与观测。螺旋星系的模型,特别是椭圆星系的模型,既不适合高红移的LGRB宿主(DLA系统),也不适合低红移的宿主:特别是,椭圆星系不可能是低红移的伽玛射线暴的宿主,因为它们没有任何恒星形成,因此没有超新星Ib/c。我们的结论是,在LGRB宿主星系中观测到的丰度和丰度比表明,这些宿主星系是不规则星系,无论是在高红移还是在低红移,从而表明宿主星系属于一个演化序列。
2010-11-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Non-Gaussianities, early Universe, and GRBs. Tracing the primeval state of the Universe with number counts of Gamma-Ray Bursts
我们研究了太初宇宙中的太初非高斯性对重子结构形成过程的影响。通过将高斯和非高斯情形下的宇宙恒星形成率与高红移再电离源的可探测性相联系,我们得到了不同模型下的预期伽马射线暴率。我们发现,高红移伽马射线暴的计数可以作为非高斯性的宇宙学探针,它们是区分早期非高斯效应的合适候选者。
2012-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing electromagnetic-gravitational wave emission coincidence in type I binary-driven hypernova family of long GRBs at very-high redshift
利用高红移GRB的宇宙学时间膨胀分析Swift/XRT早期观测,验证BdHN情景中CO核心坍缩、νNS形成与演化,并推断短GRB的NS双星前身起源。
2024-02-27 astro-ph.HE
A search for Galactic transients disguised as gamma-ray bursts
宇宙学伽马射线暴(GRB)的一个重要组成部分的特点是快速上升和指数衰减(FRED)的时间结构。这并不是这一类别的显著特征,因为它在许多银河瞬变中被观察到,并且可能描述了能量的突然释放,随后是扩散过程。Tello等人(2012年)最近报告了可能的证据,表明Swift发现的FRED伽马射线暴样本中存在银河系污染。我们在雨燕目录中搜索了2014年9月之前伪装成FRED GRB的可能的银河入侵者。我们选择了181个FRED伽玛暴(2/3的红移未知),并考虑了不同的子样本。我们测试的程度各向同性通过偶极和四极矩分布,无论是参考银河系和坐标系无关的方式,以及与两点角自协方差函数。此外,我们寻找可能的指标之间的光谱和时间属性的个别伽玛射线暴的银河系起源。我们发现边际(~3西格玛)的证据,多余的FRED与未知的红移对银河系平面相比,预期的各向同性分布校正的非均匀的天空曝光。然而,当我们考虑到对低银河系纬度伽玛暴的光学后续观测的观测偏差时,各向异性的证据减少到~2 σ。此外,我们没有发现不同的光谱或时间属性的统计证据,从大部分的宇宙学伽玛暴。我们发现边缘证据存在一个伪装的银河人口之间的快速伽玛暴与未知的红移。估计分数为f=(19 +- 11)%,上限为34%(90%置信度)。
2015-08-20 astro-ph.HE
Cosmological blueshifting may explain the gamma ray bursts
它表明,基本观察到的伽马射线暴(GRB)的属性占如果一个假设的GRB产生的蓝移的氢和氦的发射辐射在最后的散射时期。单个GRB的蓝移发生器是一个具有非常数爆炸时间函数$t_B(r)$(由爱因斯坦方程的Lemaitre-Tolman(L-T)精确解描述)的区域,该区域与均匀和各向同性(Friedmann)背景相匹配。本观察者可见的蓝移出现\textit{only on those rays that are emitted radially in an L--T region}。本文提出了三个L-T模型与不同的大爆炸档案,适用于最高和最低端的伽玛暴频率范围。这些模型说明:(1)观测到的伽玛暴的频率范围;(2)它们的持续时间有限;(3)余辉;(4)它们假设的准直成窄喷流;(5)到它们的源的距离很远;(6)观测到的伽玛暴数量众多。性质(2)、(3)和(6)仅定性地说明。通过对模型参数的小的修正,CMB辐射的隐含扰动将与GRB实际引起的扰动一致。一个完整的宇宙模型将由许多具有不同$t_B(r)$轮廓的L-T区域组成,这些区域与相同的弗里德曼背景相匹配。本文的目的是初步探索这种模型提供的可能性;所有参数的实际拟合观测结果需要微调几个相互关联的变量,并留给一个单独的研究。
2016-02-17 astro-ph.HE gr-qc
High redshift constraints on dark energy models from the $E_{\rm p,i}$ -- $E_{\rm iso}$ correlation in GRBs
在这里,我们测试了标准宇宙学常数场景之外的不同暗能量模型。我们首先考虑状态方程的CPL参数化,然后考虑暗能量标量场(Quintessense)。最后,我们考虑模型与暗能量在早期(EDE)。我们的分析是基于Union 2 Ia型超新星的数据集,伽马射线暴(GRB)的哈勃图,一组28个独立的测量哈勃参数,一些重子声学振荡(BAO)的测量。我们进行了统计分析,并探讨每个竞争模型的宇宙学参数的概率分布。为了建立自己的置信区域,我们使用马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法最大化一些适当的似然函数。我们的分析表明,EDE和标量场的精髓是稍微有利于目前的数据。此外,仅伽玛暴哈勃图就能够在所有测试模型中设置宇宙从减速膨胀到加速膨胀的过渡区。本文还介绍了THESEUS任务在实地改进的前景。
2018-02-05 astro-ph.HE
Can the Cosmological Dilation Explain the Skewness in the Gamma-Ray Burst Duration Distribution?
为了解释伽马射线暴(GRB)持续时间分布中偏态的起源,本文研究了一个基于宇宙学时间膨胀并考虑GRB形成率和仪器效应的统计模型。它的结论是,所考虑的影响是能够占所观察到的偏度只有一小部分。因此,它的起源需要在伽玛暴的祖先过程中寻找。
2020-06-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gamma-ray bursts and their relation to astroparticle physics and cosmology
本文综述了伽马射线暴及其与天体粒子物理学和宇宙学的关系。伽马射线暴是宇宙中最强大的爆炸,每天发生一次,其特征是伽马射线的闪光通常持续几分之一秒到数千秒。即使在发现它们40多年之后,它们仍然没有被完全理解。观测到两种类型的伽玛暴:光谱上较硬的短持续时间爆发和较软的长持续时间爆发。长伽玛暴起源于大质量恒星的坍缩,而短伽玛暴的首选模型是紧凑物体的合并,如两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞。有人认为伽玛暴可以产生超高能宇宙射线和中微子。此外,伽马射线暴的某些子类型可能作为一种新的标准烛光,可以帮助限制和测量宇宙学参数,以达到比迄今为止可能的更高的红移。我将回顾最近的实验观察。
2017-01-21 astro-ph.HE
Pulse-wise Amati correlation in Fermi GRBs
本文对\emph{Fermi} /伽马射线暴监测仪(GBM)探测到的具有已知红移的伽玛射线暴进行了详细的脉冲研究。样品包含19个伽玛暴,43个脉冲。我们发现,平均峰值能量相关的辐射能量(阿马蒂关系)为个人脉冲的相关系数为0.86,这是略好于完整的伽玛暴的相关性。由于目前的相关性在伽玛暴中成立,这是一个强有力的证据支持这种相关性的可靠性。我们调查了这种相关性的几个方面。(i)我们把我们的样本到红移箱和研究的相关性的演变。虽然有一个边缘的相关性的演变迹象,我们可以得出结论,目前的数据是一致的没有演变。(ii)我们比较了这些伽玛暴的第一个或单个脉冲与其余脉冲的相关性,并确认相关性不受第一个/单个脉冲通常比其余脉冲更硬的事实的影响。最后,我们得出结论,脉冲式Amati关联是更强大的,它有可能细化的相关性,使伽玛暴研究可以作为一种宇宙学工具。
2013-09-20 astro-ph.HE
The Observed Luminosity Correlations of Gamma-Ray Bursts and Their Applications
本文综述了伽马射线暴的观测光度相关性,探讨其理论解释及在宇宙学中作为探针的应用,并重点解决低红移样本稀缺导致的循环性问题,以校准伽马射线暴并约束宇宙学参数。
2025-01-27 astro-ph.HE
The Possible Impact of GRB Detector Thresholds on Cosmological Standard Candles
伽马射线暴卫星是相对低效的暗硬爆发探测器,因为它们触发光子计数,这是对硬光子的数量偏置。因此,例如,给定在检测阈值附近的相同峰值亮度的两个突发,将优先检测到暗淡的软突发而不是暗淡的硬突发。这种探测器偏差会产生或扭曲一种明显的相关性,其中越来越硬的伽马射线暴看起来越来越亮。虽然这样的相关性可能会被混淆的中间步骤,伽玛暴需要足够明亮,有他们的实际红移确定,它被发现的偏见是普遍的。这一结果是通过将各种可能的伽玛暴亮度和光谱与BATSE大面积探测器(LAD)探测阈值进行卷积的模拟得出的。分析表明,长持续时间伽玛暴的静止坐标系$νF_ν$谱峰值能量$\epi$,在没有明显的选择效应修正的情况下,不是一个好的宇宙学标准烛光。因此,$\epi$在Amati($E_{iso}-\epi$)、Ghirlanda($E_γ-\epi$)和$L_{iso}-\epi$关系等表面相关性中的出现在统计学上是真实的,但受到迄今为止未校准的GRB探测器阈值的强烈影响。
2011-11-03 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Pulse-wise GRB correlation: implication as a cosmological tool
伽马射线暴(GRB)是一种宇宙学爆炸,它携带着来自遥远的过去膨胀宇宙的宝贵信息。现代宇宙学中最伟大的发现之一是使用Ia型超新星(SN Ia)作为标准烛光发现宇宙的加速膨胀。然而,由于星际消光,Ia型超新星只能在红移达到$z\sim 1.5$时才能看到。伽马射线暴被认为是将这一极限推高到$z\sim 10$的潜在替代方案,这是一个红移区域,对应于宇宙刚刚开始形成第一个结构的时期。伽玛暴的能量与可观测量之间存在着几种相关关系,可以用来推导光度距离。在最近的工作中,我们已经研究了单个脉冲内的光谱演化,并获得了脉冲内的这种相关性。在这里,我们总结了脉冲伽玛暴相关研究的结果。值得一提的是,所有的伽玛暴关联仍然是经验的,除非我们理解伽玛暴的基本物理,否则我们不能在宇宙学中使用它们。为此,我们需要研究迄今为止通常由经验能带函数描述的瞬发发射光谱。我们将讨论我们目前对辐射过程的理解,特别是发现两个黑体和一个幂律(2BBPL模型)作为一般的光谱模型及其含义。这是一个正在进行的工作,我们希望得到最基本的伽玛暴相关的基础上,我们改进的光谱模型。
2016-06-14 astro-ph.HE
The Cosmological Population of Gamma-Ray Bursts from the Disks of Active Galactic Nuclei
本研究利用蒙特卡洛方法和极密介质中的GRB电磁辐射模型,模拟了活动星系核(AGN)盘内长、短伽马射线暴的宇宙学发生及多波段可探测性,分析了未扩散与扩散两种极端情况,发现可探测暴主要源于低红移及大质量黑洞外围,并指出其可作为探测AGN盘结构的潜在工具。
2025-03-05 astro-ph.HE
Gamma Ray Bursts -- A radio perspective
伽马射线暴(GRB)是宇宙学距离上的高能事件。它们提供了独特的实验室来研究极端条件下的基本物理过程。由于极端的光度,伽玛暴在非常高的红移和早期宇宙恒星形成率的潜在示踪剂是可检测的。虽然{ \it Swift}和{ \it Fermi}的发射极大地增加了我们对伽玛暴的理解,但也出现了许多新的问题。伽玛射线暴的射电观测独特地探测了爆炸的能量学和环境。然而,目前只有30%的突发是在无线电波段中检测到的。使用即将到来的灵敏望远镜进行的射电观测可能会显着增加样本量,并允许人们在更长的时间内跟踪单个爆发,并能够回答与真实量热法,反向冲击发射和早期宇宙中大质量恒星爆炸为GRB的环境有关的一些重要问题。
2016-12-14 astro-ph.HE
Determination of Cosmological Parameters from Gamma Ray Burst Characteristics and Afterglow Correlations
我们利用伽玛暴在其提示阶段和X射线余辉通量的能量之间的相关关系,在努力约束宇宙学参数,旨在构建一个哈勃图在高红移,即超越那些发现与Ia型超新星。我们使用了126个\textit{Swift} GRB的样本,这些样本是我们在2015年4月之前观测到的800多个长爆发中选择的。选择是基于一些观测的限制:伽玛射线暴通量高于0.4 $photons/cm^2/s$在15-150 keV带,频谱拟合简单的幂律,准确地知道和给出的红移,和X射线余辉观测和通量测量。然后用极大似然统计方法确定最佳宇宙学参数($Ω_M$,$Ω_Λ$),其给出两个关系的最佳相关性:(一)Amati关系b)Dainotti关系,即X射线余辉光度$E_{p,i}$和断裂时间$T_a$之间,这是在X射线通量FX中观察到的。虽然具有高红移的伽玛暴的数量相当少,尽管在数据中发现了显着的色散,我们得到的结果是相当令人鼓舞的和有前途的。使用阿马蒂关系获得的结果接近于使用Ia型超新星获得的结果,它们似乎表明宇宙由暗能量主导。然而,这些与休息时间和X射线余辉光度之间的相关性得到的结果是一致的宇宙微波背景辐射的WMAP研究,他们似乎表明德西特-爱因斯坦宇宙的物质占主导地位。
2016-12-19 astro-ph.HE
The Electromagnetic Counterpart of the Binary Neutron Star Merger LIGO/VIRGO GW170817. VIII. A Comparison to Cosmological Short-duration Gamma-ray Bursts
我们提出了一个全面的比较性质的无线电通过X射线对应的GW 170817和短持续时间的伽马射线暴(GRB)的属性。为了这项工作,我们利用了2004-2017年发现的36个短GRB的样本,这些样本跨越了$z \approx 0.12-2.6$的红移范围。我们发现,对应的GW 170817有一个各向同性的等效光度是$\approx 3000$倍小于轴上短伽玛射线余辉的中值,和$\gtrsim10^{4}$倍小于检测到的短伽玛射线射电余辉。此外,从GW 170817和轴上短GRB余辉的射电和X射线对应物中推断出的允许喷流能量和粒子密度非常相似,这表明视角效应是它们观测到的射电和X射线行为的主要差异,也许是唯一的差异。通过与先前声称的短伽玛暴之后的千诺瓦的比较,我们发现GW 170817的光学和近红外对应物相对而言是由$\approx 3-5$的因子欠发光的,这表明了千诺瓦光度和时间尺度的范围。在$\lesssim 1$天时间尺度上的短伽玛暴之后的光学极限的比较也排除了在先前的一个短伽玛暴中具有可比的光学各向同性等效光度的“蓝色”千诺瓦。最后,我们研究了GW 170817,NGC 4993的宿主星系,在短伽玛暴宿主星系的恒星种群特性的背景下。我们发现,NGC 4993是最高级的,在其大光度,老恒星人口年龄,和低恒星形成率相比,以前的短伽玛射线暴主机。高级LIGO/VIRGO体积内的其他事件对…
2017-10-16 astro-ph.HE
Long gamma-ray burst rate at very high redshift
未来的高红移长伽玛射线暴观测任务,如HiZ-GUNDAM和THESEUS,将为我们宇宙中的恒星形成历史提供线索。本文以高红移(z>8)伽玛暴为研究对象,考虑星族(Pop)I&II星和Pop III星作为伽玛暴的祖先星,计算了未来观测对长伽玛暴的探测率。对于Pop I和Pop II恒星形成率,我们采用了一个基于晕质量函数和宇宙学模拟得到的暗物质吸积率的最新高红移恒星形成率模型。我们表明,流行的I和II伽玛暴率急剧下降的红移。这将使我们能够探测到不同类型的伽玛暴,Pop III伽玛暴,在非常高的红移。如果10%或更多的Pop III恒星作为超长GRB死亡,未来的任务将在一年内检测到这种GRB,尽管它们的注量很低。通过双星合并产生的大质量紧凑型Pop III恒星预计会产生更明亮的伽玛暴。在我们的常规情况下,这种发光伽玛暴的探测率为3-20 /年(z>8)。这些未来的观测有助于揭示Pop III恒星形成的历史。
2019-05-20 astro-ph.HE
Lorentz violation from cosmological objects with very high energy photon emissions
洛伦兹破坏(LV)是由一些量子引力理论预言的,其中光子色散关系被修改,光速变得与能量相关。因此,它导致高能光子和低能光子之间的微小时间延迟。来自宇宙学距离的甚高能量(VHE)光子发射可以将这些微小的LV效应放大到可观测的数量。本文分析了费米观测到的四个VHE $γ$射线暴,并简要回顾了活动星系核的三个TeV耀斑的约束。进一步,我们首次对VHE伽玛暴进行了稳健分析,考虑了源引起的内禀时间滞后,并给出了能量线性依赖的量子引力能$\sim 2 \times 10^{17}$ GeV和能量二次依赖的量子引力能$\sim 5 \times 10^9$ GeV的估计.然而,由于缺乏数据,统计数据并不充分,需要进一步的观察结果来更好地限制LV效应。
2010-03-20 astro-ph.HE gr-qc hep-ph