从高能观测推断伽马射线暴环境的金属丰度

伽马射线暴（GRB）及其早期余辉会电离其周围暴周物质。因此，只有高能光谱学才能探测暴本身附近的物质。软X射线吸收可用于估算金属的总柱密度。X射线余辉的探测也可基于康普顿散射不透明度，对视线方向上的总气体柱密度施加限制。这种限制将首次使得确定GRB暴周环境中金属丰度的下限成为可能。本文中，我们基于康普顿散射确定了可对GRB附近总气体柱密度施加的限制。我们模拟了康普顿散射对穿过高柱密度物质壳层的准直高能光子束的影响，以预测预期的光变曲线、光度及能谱。我们将这些预测与观测结果进行比较，并确定实际可对总气体柱密度施加何种限制。由康普顿散射引起的光变曲线脉冲展宽可能无法观测到，其缺失并未对GRB的康普顿深度施加强约束。然而，观测到的暴光度分布使我们能够施加统计性的、依赖于模型的下限，对于光度较低的暴，典型值小于约1e25 cm^{-2}，而对于光度最高的暴，可低至约1e24 cm$^{-2}$。然而，在某些有利情况下，利用高能宽带能谱的形状，可对单个暴施加低至约5e24 cm^{-2}的限制，这意味着仅由X射线和伽马射线得出的金属丰度下限范围为0至0.01 Z/Zsun。在极高红移处，该下限至少为0.02 Z/Z_sun，足以区分第三族星暴与非原初GRB。