摘要
伽马射线暴(简称伽马暴)，是宇宙空间中的伽马射线在某一方向上突然增强又迅速衰减的高能爆发现象，于1967年首次被探测到。随着伽马暴多波段观测数据的累积，人们对伽马暴的研究逐渐深入，建立了标准的理论模型。另外，观测到某些高红移的伽马暴更是使其成为研究早期宇宙的强有力工具。目前普遍认为伽马暴具有喷流结构，而早期由于获得喷流张角的样本较少，基本都假定伽马暴是各向同性的。本文主要考虑伽马暴的喷流特征，重点对伽马暴的喷流效应和喷流张角的宇宙学演化进行了研究，并对红移进行了估算。主要的研究内容和结果如下： (1)研究了考虑喷流效应后的伽马暴瞬时辐射与X射线余辉平台辐射的统计特性及其产生的影响。系统收集了在X射线余辉中同时呈现平台期特征和喷流拐折特征的伽马暴作为研究样本，对瞬时辐射和X射线平台期的所有物理量进行了喷流修正。研究结果显示，喷流修正瞬时辐射能量(Ejet)与平台结束时的喷流修正光度(LX,jet)之间的依赖性显著降低。此外，发现喷流张角(θjet)与静止系瞬时辐射峰值能量(Ep,z)之间有着较强的反相关关系，即Ep,z∝θj?0.44±0.13et(ISM)，Ep,z∝θj?0.78±0.13et(Wind)(ISM和Wind分别表示均匀星际介质和星风介质)，表明越准直的伽马暴，所探测到的峰值能量就越高。我们还发现考虑喷流效应之后，平台结束时的X射线光度(LX)与静止系平台结束时间(Ta,z)之间的关系(L-T关系)、LX、Ta,z分别与瞬时辐射的各向同性能量(Eγ,iso)(L-T-E)、峰值光度(Lp)(L-T-L)、和静止系峰值能量(L-T-Ep)之间的关系都普遍减弱。其中，喷流修正后的L-T、L-T-E和L-T-L关系变化不大，暗示这三个关系可能是伽马暴内在的物理关系，而喷流修正后的L-T-Ep关系发生了显著变化，且其相关性大幅减弱，表明其可能并不反映伽马暴真实的物理，而是由各向同性的假设导致的。 (2)研究了伽马暴喷流张角的宇宙学演化效应。分析了伽马暴目前所有已知的喷流张角与红移(z)的关系，发现θjet与z之间呈现出明显的反相关关系，即θjet∝(1+z)?0.96+?0.110.11，表明高红移的暴更加准直，证实了前人的理论预测。另外，在考虑了红移演化效应后，对早期研究者发现的喷流张角和各向同性能量之间的关系进行了进一步研究，结果显示这两个量仅呈现出弱相关性，进一步证实喷流张角与各向同性能量之间的关系不是本质关系，可能是由选择效应导致的。 (3)利用有监督机器学习算法对Swift卫星未测得红移的伽马暴进行红移预测。以Swift卫星在2005年3月至2022年5月期间观测到的所有伽马暴为研究样本，选择了瞬时辐射阶段和X射线余辉辐射阶段的物理量作为特征参量，运用随机森林、线性回归以及支持向量回归等算法作为机器学习基本算法，建立了SuperLearner集成模型，最后通过模型训练、交叉验证、模型预测，最终获得了128个伽马暴赝红移。预测的红移结果要比传统上用参量之间的关系进行预测的结果要更加准确。
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