伽马射线暴与相对论性喷流的物理机制

我们全面回顾了伽马射线暴（GRB）理解方面的主要进展，特别聚焦于过去十五年间揭示其本质的发现。我们描述了从射电波段到多 GeV 波段的光子观测特性，涵盖瞬时辐射和余辉阶段。讨论了 GRB 中这些光子的产生机制，并将其与观测结果进行对比，以阐明这些爆发、其前身星以及周围介质的物理性质。在展示了这些爆发中产生了以接近光速运动的强大准直喷流的观测证据后，我们描述了当前关于喷流产生、加速和耗散的理解，并将这些性质与活动星系核（AGN）和脉冲星相关的喷流进行了比较。我们讨论了越来越多的观测证据，表明长时标 GRB 产生于大质量恒星死亡之时，而至少部分短时标爆发与古老的、大致为太阳质量的致密星有关。文中还讨论了这些爆发是产生黑洞还是强磁化、快速旋转的中子星的问题。我们简要总结了从 GRB 余辉研究中学到的关于相对论性无碰撞激波和粒子加速的知识，并讨论了对瞬时辐射阶段辐射机制的当前理解。我们探讨了关于 GRB 可能产生高能中微子的理论预测及当前的观测限制。最后，我们讨论了如何利用这些爆发来研究宇宙学问题，例如恒星形成、金属增丰、再电离历史，以及宇宙中第一代恒星和星系的形成。