伽玛暴余辉小记
伽玛射线暴的发现纯系偶然。尚处冷战时期的1967年，用于监视苏联核试验的Vela卫星检测到了一次伽玛射线流量突增，而其来源并非地球，却是宇宙深处。1973年，R. Klebesadel等人在Astrophisical Journal杂志上发表了一篇4页长的论文，统计了1967年后数年间发现的16个类似事件，正式宣布了伽玛暴的发现。
首个伽玛暴的光变曲线。（图片提供：R. Klebesadel, I. Strong & R. Olson (LANL), Vela Project）
不过由于变化时标较短，此后近20年的时间里，人们并未就伽玛暴的本质达成一致。河内脉冲星、河外恒星爆发，甚至是黑洞蒸发都是可能的解释。一度出现的情况是，理论模型的数目超过了实际探测到的爆发数。康普顿伽玛射线天文台的观测将与河内源有关的模型基本排除，不过理论上的进一步飞跃要等到余辉发现之后了。
1997年2月28日的爆发是下一个突破点。BeppoSAX卫星探测到了此次爆发的X射线余辉，而光学和射电波段的后继观测也探测到了成协的光变。余辉幂律衰减（不过各波段的光变并不能用单一幂律谱拟合）的特性与能量分布很大程度上限制了理论参数。随后这一发现被Science杂志评为年十大科学进展之一。
伽玛暴余辉的首次探测。（图片提供：BeppoSAX Team）
BeppoSAX的其他功绩无须多说，成协超新星和宿主星系的发现以及红移的测量令人信服地说明长暴源于宇宙学距离上大质量恒星的死亡，坍缩星模型逐渐成为理论界的主流。实际上伽玛暴根据时间的分类也是在此时期最终确定的。
接下来该谈的自然是雨燕时代的观测了。这颗2004年升空的小型卫星反应速度短于20秒，足以应付时变几分钟的短暴余辉。2005年5月9日，任务的一个主要预期目标达到了。雨燕探测并定位了一次长0.03秒短暴的余辉，随后的地面观测查明，该爆发的宿主为椭圆星系，大体支持双致密星并合产生短暴的理论模型。该年对短暴机制的研究再度荣登Science杂志年度十大科学进展的排行榜。
当然，雨燕同样观测到了先前未知的复杂光变特性。在此声明一句：此部分内容的基本参考资料是两篇较新的文献，本人也是边读边写，如果哪里有疏漏，还望多多指教。
根据伽玛暴火球模型，火球在星际介质作用下的减速导致了爆发之初的辐射，爆发后减速过程中形成的正向激波在星际介质中的传播带来了多波段的长时间余辉，而短暂的光学/射电闪光则是寿命较短的反向激波的产物。这一图景在雨燕发射前可以很好地解释观测现象。
雨燕卫星的反应速度则向人们揭示了X射线和光学余辉的早期光变。下图即是2005年内华达大学的张冰教授等人提出的伽玛暴X射线余辉标准光变曲线，大致分为Steep Decay（I）、Shallow Decay（II）、Normal Decay（III）、Post Jet Break Phase（IV）和X-ray Flare（V）五部分。（注：以上英文名词，本人未见对应的中文说法，包括张冰教授本人的报告也是直接使用英文，故未敢妄译，见谅。）
雨燕时代的标准余辉模型，折线上的数字表示幂指数，箭头上标注的数字表示持续时间。（Zhang et al. 2006）
顾名思义，Steep Decay阶段光度下降较迅速，而Shallow Decay的幂指数较小。前者被认为是原始爆发的残余，考虑锥状抛射物的曲率效应与多普勒效应，可以给出光度衰减应遵循的规律。Shallow Decay是能量连续注入的反映，具体解释仍是个棘手的问题，可能的答案包括中心能源的长时间能量注入、抛射物洛伦兹因子的分布、能量转移的延迟等等，也许还与偏心喷流等几何效应有关。至于Shallow Decay之后的Normal Decay阶段，则与先前提出的标准模型符合得很好。
Post Jet Break Phase是理论预言的几何效应。如果伽玛暴的抛射物呈喷流分布，在喷流膨胀到一定程度，张角大于洛伦兹因子的倒数时，由于相对论集束效应，光变曲线即会出现拐折。这一点在BeppoSAX时代得到了很好的验证，只是到了雨燕时代，光变具有这一特征的爆发数量并不很多。
X射线耀发（X-ray Flare）也是雨燕时代的新发现。此类现象持续时间很短，且有可能在一次爆发的余辉中出现若干次耀发，不过越靠后的耀发能量越低。成因涉及中心能源的重新启动，如当前的主流——晚期内激波（Late Internal Shock）模型，即晚期抛射出的高速壳层与早期的慢速壳层相撞。
这5个成分大致可以分为两类，一是源于中心能源的现象，当然X射线耀发居于其中；二为传统的外激波部分。显然，Shallow Decay的归属是个问题。当然，并非所有伽玛暴的余辉都有上述5个成分，如大多数爆发未见Jet Break（不过出现Jet Break的余辉演化还是符合喷流模型的预言的）。除此以外，还有约10%的伽玛暴余辉自始至终以同样的幂指数衰减，另有一些并没有出现Shallow Decay阶段。哪怕是理论较完善的Normal Decay阶段也是有例外存在的，这一则有可能是环境的复杂，当然理论也并非尽善尽美。
雨燕卫星实际观测到的伽玛暴余辉。（Nousek et al. 2006）
至于余辉的光学辐射，总体行为呈幂律衰减，通常认为与反向激波有关，连同射电余辉一道，是雨燕时代之前研究得比较多的。当时的重点放在寻求可能的Jet Break上。而由于除去高能探测器外，雨燕还配备有光学/紫外设备，可以在爆发100秒后即收集光学数据，这极大方便了对余辉的多波段研究。
现在看来，由于与X射线余辉在时间上不符，某些明显的光变曲线拐折也不能归因于Jet Break，如GRB 060206。而环境因素的不同也会产生不同的光变曲线，如激波参数均匀，则产生增亮（Rebrightening）余辉，否则为减暗（Flattening）。
理论预言的两类光学余辉（虚线：增亮型；实线：减暗型）。（Zhang et al. 2003）
近年的观测也说明，光学余辉的情况较为复杂，可大致分为明（Bright）暗（Dark）两类，后者占据已知爆发的一半以上，可能原因是受到星际/环境消光或是红移的影响。前者又可细分成两类，即高亮度（Luminous）与低亮度（Dim）暴，不过其中的原因仍不是很清楚。
套用某位老师的话，雨燕卫星之前，标准模型似乎很完善，而雨燕的升空在解决问题的同时带来了更多让人头疼的问题。早期余辉的机制、中心能源的重新启动、Jet Break的寻找通通需要更多数据的支持。预计今年秋季发射的GLAST也许能带来某些问题的答案……
参考资料：
[1] arXiv: astro-ph/0611774
[2] Gamma-Ray Bursts in the Swift Era, Bing Zhang
