如何理解高能伽玛射线暴?

伽玛射线暴(简称伽玛暴或gamma ray burst,GRB)是来自宇宙深处的、短时标的伽玛射线突然增强的现象,是宇宙大爆炸之后最猛烈的爆发现象.伽玛暴可分为长暴(持续时间T_(90)2 s)和短暴(T_(90)2 s).观测发现,长暴起源于大质量恒星的塌缩,而短暴起源于双致密星的并合.除了瞬时伽玛辐射,伽玛暴分别在暴后周、月和年时间量级上还会产生X射线、光学和射电余辉.理论上,伽玛暴的瞬时辐射被认为产生于相对论喷流内部的能量耗散过程,而多波段的余辉则产生于相对论喷流与外部介质之间的相互碰撞引起的外激波.因此,伽玛暴是研究致密天体(恒星级质量黑洞和中子星)诞生、引力波辐射、相对论激波、极高能宇宙线、高能中微子等极端物理现象以及高精度检验基本物理原理的天文实验室,也是早期宇宙恒星形成和演化、高红移星系、高红移宇宙学的重要探针.伽玛暴的研究横跨当今天文学、宇宙学、物理学等学科,是当前国际竞争最激烈的自然科学基础研究领域之一.2017年8月17日,LIGO(laser interferometer gravitational wave observatory)/Virgo引力波天文台和Fermi卫星同时分别探测到引力波事件GW170817和短时标伽玛暴GRB170817A,开辟了多信使天文学的新时代.本文结合相关的关键科学问题评述了伽玛暴和引力波电磁对应体研究领域的最新研究进展,并基于伽玛暴学科领域的发展态势和我国现有的研究基础,讨论如何抓住机遇、布局跨学科的重大研究计划,促进国内与伽玛暴相关科学设备成果的最大化,全面提升我国在这个领域的国际影响力.     

乘飞机当心得癌症?

<正>科学家最近警告说,靠近雷暴飞行的飞机上的乘客有可能面临危险剂量的伽玛射线辐射。伽玛射线是光的最强力形式。在太空中,伽玛射线是由超新星爆发等暴烈事件和中子星之类的强力天体制造的。     

针孔伽玛相机的信道模型

针孔伽玛相机是研制高分辨率针孔SPECT 系统的基础. 采用信息论中的信道模型对针孔伽玛相机进行研究. 通过面源模型, 将针孔伽玛相机从有噪、有损信道近似为一个无噪、无损信道, 然后给出了针孔伽玛相机的平均互信息量近似计算公式. 成像实验验证了理论公式的适用性. 因此, 针孔伽玛相机可以用信道模型来描述, 平均互信息量可以作为一个性能指数用于针孔伽玛相机的优化设计与使用.     

宇宙线起源中物理学前沿问题

宇宙线是由奥地利物理学家赫斯在1912年高空气球实验中发现的.此后,人们在宇宙线的研究中发现了众多的基本粒子及其相互作用规律,中微子振荡的最早发现也来自太阳中微子和大气中微子实验.迄今为止,人们所知道的最高能量的粒子也来自于宇宙线的观测.宇宙线的起源、加速和传播是一个世纪科学问题,从中诞生了高能伽玛天文学、高能中微子天文学和极高能宇宙线天文学.目前,人们已经发现了为数众多的电子加速源,但作为宇宙线成分中最为主要的核子,其起源问题依然没有解决.精确测量宇宙线核子的成分和能谱,观测和研究高能伽玛射线、高能中微子及极高能宇宙线的产生地点和相关机制,有助于解决宇宙线的起源问题.此外,这些研究也是间接探测暗物质粒子,研究宇宙演化和新物理学规律的重要手段.     

激光等离子体中用类锂铝离子获得软X射线放大

软X射线放大的研究是一项重要且有趣的研究工作。关于用类锂铝离子获得软X射线放大,Jaeglè等人已经做过一些工作,并取得了很好的结果。本文将报道我们最近在此领域所取得的结果。     

多信使的盛宴

<正>在过去几十年内,天文学家已经观测到了几千个耀变体。"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很漂亮,却一直未得到有力的证实。但这个局面在2018年9月发生了改变:"冰立方"探测到一个遥远的超高能的中微子,而伽玛射线卫星探测到同一方向来的伽玛射线辐射。这两个探测结果表明,"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很可能是正确的,因此这个结果也被视为多信使天文学的一大突破。     

星震

想象一个星球,其表面被极强磁场所破碎,这听起来很不可信。但是,却解决了一个长期未决的奥秘。1979年3月5日,一个突然的伽玛射线暴冲击了太阳系。有10几颗能在这一波段作探测的卫星,其探测器受到猛然一台,超出了它们的测量标度。该现象延续了5秒钟,但射线暴的能量却保持了迄今测得的宇宙伽玛射线的最高记录。在天空的同一部位,随之还出现了不少次较弱一点的暴,同时也探测到出自其他源的一些零星暴。这些伽玛射线并非出于毁灭源的爆发事件,因为这些暴重复多次,对此天文学家感到困惑,那么究竟是什么东西提供了这种突然而巨大的能…     

伽玛射线暴

2008年3月19日，美国宇航局的“雨燕”卫星探测到4个伽玛射线暴（英文简称GRB），其中一个被称为“GRB 080319b”的伽玛射线暴发生在牧夫星座方向，距离地球有75亿光年之遥，但余辉却十分明亮，仅凭肉眼就能看得很清楚。     

科学之窗

来自银河系中心的反物质美国海军研究实验室（NRL）的库费斯和西北大学的帕塞尔在5月上旬的高能天文学会议上宣布，他们观测到银河系中心上方数千光年处稀薄的光晕区喷射反物质和炽热的气体。目前，天文学有关银河系的知识可能因这一发现而有所改变。据海军研究实验室的伽玛射线天文学家介绍，反物质的喷射使银河系中心和星系的遥远边缘连接起来，这种宇宙现象揭示出星系中心对其边缘的制约。研究人员利用航空航天局康普顿伽玛射线观测站（GR）上的设备绘制出了银河系中心的高能图，从而得出了上述结论。由于尘埃弥漫，通过可见光和紫外线…     

"信使号"怎样探水星

"信使号"上共安装有8台仪器。双重成像系统这架仪器由两个照相机组成,用来绘制地形。 伽玛射线和中子频谱仪它探测水星表面的放射性元素或被宇宙线激发的表面元素发射的伽玛射线和中子。用来描绘不同元素的相对丰度图和鉴别水星两极照不到阳光的区域是否存在冰。     

ARGO-YBJ：丰富多彩的宇宙线观测*

经过5年的稳定运行,ARGO-YBJ实验积累了4 000多亿个宇宙线事例样本,利用这些宝贵的数据获得了许多重要的科学研究成果。笔者将总结ARGO-YBJ对宇宙线研究领域的贡献,包括宇宙线能谱、成分和各向异性等传统宇宙线课题,还包括许多相关的观测研究,如探索利用宇宙线监测太阳的活动,预报由太阳巨大耀斑引发的地磁暴,探索雷暴与高能宇宙线在大气中的级联反应之间的关联等。随着计划中更灵敏的新一代LHAASO实验的逐步实现,文中所介绍的所有研究都将得到显著的提高,可能在其中某些研究方向产生突破。     

宇宙射线研究和羊八井ARGO实验的简要介绍 *

2012年是宇宙线发现100周年。本文简单介绍了宇宙线的发现历史和对其进行探测的主要实验方法和手段，并对代表性的重要物理结果作了描述。最后，从中国的特点出发详细介绍了ARGO-YBJ 实验。     

星系密度波的非线性增长

星系螺旋结构的密度波理论受到人们广泛的重视。考虑到波的有限群速度,以及星系激波的耗散,需要解决密度波的长期维持。不少工作采用线性密度波的不稳定模式来补偿波能的耗散,线性波还存在共转奇异性,有必要分析密度波的非线性增长。另一方面,数值试验都发现,在适当物理条件下的螺旋密度波是不稳定的。人们还讨论了非线性星     

宇宙中最神秘的天体——类星体(三):活动星系核及其观测特征

活动星系核大家族中,除类星体之外,还有塞弗特星系和BL Lac天体等。据估计,河外星系中有将近一半的河外星系具有某种剧烈的活动。大家族的最主要成员是类星体。天文学家对类星体的表面特征做了详细的观测,包括它的亮度、大小和喷流结构。但是,到目前为止,我们只能绘出一张带有想象力的、并不十分确切的类星体结构图。     

星系密度波的非线性不稳定性

星系密度波理论成功地解释了螺旋结构的缠卷困难。为了克服有限群速度引起的维持困难,人们研究了各种线性波的不稳定增长模式解。线性波的不稳定性分析只能适用于短的时间发展,所以应该进一步讨论非线性密度波的稳定性。徐遐生等用星系激波方程计算恒星的非线性密度波时发现,解极敏感地依赖于初值的选择,可能在物理上不稳定。许多数     

重大灾变事件——星系的剧烈活动

自1923年美国天文学家哈勃证实河外星系的存在以来,为数众多的星系不断地被发现,它们形态各异、大小不一。令人惊讶的是,这些尺度往往以万光年计的庞大天体系统常表现出更大尺度上的剧烈活动,并影响到星系和星系内恒星的演化进程。     

银河系磁场的研究

太阳是银河系中千亿颗恒星之一。银河系是我们在宇宙中的家园。人类对银河系的了解还非常初步。我们花了十几年时间研究银河系磁场,使人类对银河系磁场从局域认知发展到整体结构图像。本文介绍我们探索银河系磁场的历程和目前的进展情况。     

全球岩石圈板块为什么会运移?

全球岩石圈板块运移的动力学机制,长期以来始终是一个议而不决的难题。地质演化历史的大量信息都埋藏在岩石圈内部,很少出露地表。然而,近2亿年来的地质信息出露比较多,资料也比较可靠,学者可对此问题进行探讨。根据全球中、新生代7次板块运动模式的变化,可以认为岩石圈板块的运动是由巨大的陨石撞击地球表层诱发的,而不是如流传很广的"地幔传送带模式"假说所认为的那样产生的。每隔3 300万年左右,地球都会随太阳系一起穿越一次星际物质较密集的银道面,引起引力场的巨变。引力场的改变使一些小行星改变其原来的运行轨道,从而导致地球表层受到来自陨石的不同角度的撞击,诱发地球岩石圈板块运动方向或模式的改变。     

物理学中的世纪难题：高能宇宙线的起源之“谜”*

  自从20世纪20年代宇宙线被发现以来,其起源问题一直为人们所困惑。这一未解之谜也因此被列入21世纪11大科学难题之中。在宇宙线起源的探寻中,不受磁场偏转影响的中性成分（如光子和中微子）很自然的成为宇宙线源头的信使。此外,通过测量受磁场影响微小的高能（>50 EeV）带电粒子,也可以获取源的信息。通过大量的实验研究,γ天文学取得了巨大成就,并有望破解世纪之谜。为了提高地面探测器的观测能力,发展宽视场和高灵敏度的巡天扫描探测手段有着至关重要的意义。位于中国西藏羊八井国际观测站的两个实验所采用的正是这种大气簇射的测量方法,它们分别是中意合作ARGO实验和中日合作ASγ实验。为获得更高灵敏度,笔者提出了在西藏羊八井建立集5种探测手段于一身的的大型复合实验阵列(LHAASO)。本文对宇宙线观测的发展历程以及前景做了详细介绍,在后半部分对LHAASO的物理背景和实验方案进行了详尽的阐述。