长伽马射线暴的宇宙历史

长伽马射线暴 (LGRBs) 的宇宙形成率编码了它们的 progenitor 性质及其环境随宇宙时间的演化。通过重现过去四十年收集的最大观测集，即 Fermi 和康普顿伽马射线天文台 (CGRO) 卫星探测到的 GRB 样本的观测者帧瞬时辐射性质，以及 Swift 探测到的流量限制、红移完备的 GRB 样本的红移、光度和能量分布，推导出了 LGRB 形成率与光度函数及其红移演化。最能重现所有这些约束的模型由如下 GRB 形成率构成：随红移增加 $\propto (1+z)^{3.2}$，即比恒星形成率更陡，直至 $z\sim3$，随后以 $\propto(1+z)^{-3}$ 下降。在此基础上，我们的模型还预测了特征光度函数拐折的适度演化 $\propto(1+z)^{0.6}$。仅有光度或仅有率演化的模型以 $>5\sigma$ 显著性被排除。LGRBs 的宇宙率演化被解释为它们偏好发生于金属丰度 $12+\log(\rm O/H)<8.6$ 的环境中，这与理论模型和宿主星系观测一致。考虑其准直后，$z=0$ 处的 LGRB 率为 $\rho_0=79^{+57}_{-33}$ Gpc$^{-3}$ yr$^{-1}$ (68% 置信区间)。这对应于本地宇宙中约 1% 的宽线 Ibc 超新星产生了成功的喷流。该比例在 $z\ge3$ 时增至约 7%。最后，我们估计在 $z<0.5$ 处 Swift 和 Fermi 探测到的暴中，每年至少有 $\approx0.2-0.7$ 个是略微离轴的喷流观测。