利用Fermi观测对明亮伽马射线暴中宇宙射线加速的限制

伽马射线暴（GRBs）被广泛认为是超高能宇宙射线（UHECRs）的潜在来源。喷流的动能耗散，导致产生大量 $\gamma$ 射线光子，并可能也导致质子的加速。被加速的质子将通过光介子和 Bethe-Heitler 过程与 GRB 的辐射发生相互作用，这可以引发电磁级联。这一过程可以产生高达 GeV-TeV $\gamma$ 射线波段的宽带辐射。来自级联的预期 $\gamma$ 射线流取决于 GRB 喷流的性质，如耗散半径 $R_{\rm diss}$、整体洛伦兹因子 $\Gamma$ 和重子负载因子 $\eta_p$。因此，Fermi-LAT 的观测可以对这些重要参数施加限制。在本研究中，我们选取了12个具有高 keV-MeV 注量的 GRB，并基于 Fermi-LAT 的测量，在不同整体洛伦兹因子和耗散半径的组合下限制了重子负载因子。我们的研究结果表明，在大部分参数空间内，除了大的耗散半径（$\gtrsim 10^{15}\rm cm$）和高的整体洛伦兹因子（$\gtrsim 600$）之外，对大多数选定的 GRB 都有 $\eta_p<10$ 的强约束。该约束与叠加 GRB 的高能中微子约束相当，在某些 GRB 中甚至更强。我们的结果表明，对于几百的典型整体洛伦兹因子，GRB 的耗散半径需要足够大，以避免在 GRB 瞬态辐射阶段期间高估 GeV 伽马射线流，这可以用于约束 GRB。