内华达大学张冰老师的著作《伽马暴物理》是一本学习伽马暴的权威书籍:
伽马射线暴(Gamma Ray Burst)简称伽马暴(GRB),是宇宙中一种方向随机(各向同性)的短时间内伽马射线突然增强的极端天体现象,强烈爆发的持续时间在几毫秒到几百秒都有(15min=900s)。其发展过程大致可以分为两个阶段,首先是耀眼的瞬时辐射(prompt emission),短时间内在多个波段释放大量的能量,然后是可以长时间存在的余辉(after glow),长短是相对于瞬时辐射来说。GRB的光子能量大致在几十keV到几个TeV之间。
典型伽马暴的光度Lγ, iso~1051 − 1052ergs−1,而太阳的光度大约是1033量级,所以便有了一次伽马暴释放的能量比太阳一生所释放的能量还要多的说法,伽马暴的剧烈程度可想而知。所以伽马暴相关问题的研究一直是天文学的热点和天体物理中最活跃的领域之一。
{% hint style=“info” %}
erg 是厘米克秒单位下的能量,$$1J=10^7\rm erg$$
银河系发光物质总光度约为$$10^{44}\rm erg/s$$,最亮的活动星系核 AGN 光度约为$$10^{48}\rm erg/s$$
常见的换算关系还有 1TeV = 1.60218erg
是指流量密度 flux density 的单位,1Jy = 10−26Wm−2Hz−1 {% endhint %}

瞬时辐射 指突然的、在硬X射线或软伽马射线(在高能天体物理中,“软”指的是能量低,“硬”指的是能量高,比如软伽马射线就是低能量的伽马射线,X射线的能量范围约100eV〜10MeV)波段发射的高能粒子。余辉 定义为GRB瞬时辐射(亚MeV能段)结束后的阶段,会有长达几天甚至数月之久的延展辐射,称作余辉。余辉的一个重要特征就是几乎在各个波段都有很强的辐射,我们可以通过对余晖的红移观测,推测暴的位置。余辉的发现使人们能够在伽玛暴发生后的一段时间里对其持续观测,大大推动了伽玛暴的研究。
物理上,我们可以根据γ射线发射的位置来定义GRB的瞬时辐射与余辉。瞬时辐射源于GRB的“内部”,与喷流(jet)的发射有关,这个位置的喷射物在火球内部通过内激波过程或者内部磁耗散损失能量。而余辉通常产生于“外部”,源于激波与星际介质的相互作用,(激波是以相对论速度运动的等离子体相互挤压不断向前传播形成一系列密度,压强都大于两侧介质的流体)尤其是来自外部正向激波的辐射。实际上,内激波与外激波的划分并不是绝对的,对大多数变化剧烈的伽玛暴来说,T0时段的辐射与内部起源有关。
从冷战时期到现在,人类发射了很多卫星探测伽马射线暴,目前探测到伽马射线暴的频率是每天1~2次。伽马射线暴的命名也是根据发现日期命名,例如GRB 130428就是在2013年4月28日观测到的伽马射线暴。由于距离伽马射线暴的首次发现尚未到100年,这种命名方式目前还没遇到什么问题(笑
另外,大约有30%~50%的GRB未观测到光学余辉,称为“暗伽马射线暴“。暗GRB的比例取决于观测者和仪器的灵敏度,所以对于暗GRB的定义是主观的。
发现时期(1967-1973)
Vela卫星是美国研发的一系列军事卫星,其目的是来监视来自地球的核爆实验。在Vela卫星运行期间,科学家发现了伽马波段的突然增加现象,并认为该现象应该是来自宇宙空间的某种爆发事件(最开人们甚至想象是外星人在太空中进行核战争),由于这种爆发出现在伽马波段,且持续时间很短,所以将这种爆发称为伽马暴。
第一个伽马暴是在1967年7月2日被探测到的,命名为GRB 670702(Klebesadel et al., 1973),受限于技术,其时间分辨率较差,但我们依然从中看到了伽马暴的一些基本特征:持续约10s的显著光变结构变化。随后苏联的Knows卫星也记录到了来自太空的伽马爆发事件,以Vela卫星观测到的一系列伽马暴,正式标志了伽马暴研究领域的诞生。