Skip to main content
SpringerLink
Log in

Perspectives on Gamma-Ray Burst Physics and Cosmology with Next Generation Facilities

  • Published:
Space Science Reviews Aims and scope Submit manuscript

Abstract

High-redshift Gamma-Ray Bursts (GRBs) beyond redshift \({\sim}6\) are potentially powerful tools to probe the distant early Universe. Their detections in large numbers and at truly high redshifts call for the next generation of high-energy wide-field instruments with unprecedented sensitivity at least one order of magnitude higher than the ones currently in orbit. On the other hand, follow-up observations of the afterglows of high-redshift GRBs and identification of their host galaxies, which would be difficult for the currently operating telescopes, require new, extremely large facilities of at multi-wavelengths. This chapter describes future experiments that are expected to advance this exciting field, both being currently built and being proposed. The legacy of Swift will be continued by SVOM, which is equipped with a set of space-based multi-wavelength instruments as well as and a ground segment including a wide angle camera and two follow-up telescopes. The established Lobster-eye X-ray focusing optics provides a promising technology for the detection of faint GRBs at very large distances, based on which the THESEUS, Einstein Probe and other mission concepts have been proposed. Follow-up observations and exploration of the reionization era will be enabled by large facilities such as SKA in the radio, the 30 m class telescopes in the optical/near-IR, and the space-borne WFIRST and JWST in the optical/near-IR/mid-IR. In addition, the X-ray and \(\gamma\)-ray polarization experiment POLAR is also introduced.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20
Fig. 21
Fig. 22
Fig. 23
Fig. 24
Fig. 25

Similar content being viewed by others

Notes

  1. H4RG is a hybrid CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semiconductor) 4K×4K optical imager made by Teledyne Scientific & Imaging.

  2. https://www.skatelescope.org/news/ska-science-book/.

References

  • C.W. Akerlof, H.F. Swan, An estimation of the gamma-ray burst afterglow apparent optical brightness distribution function. Astrophys. J. 671, 1868–1876 (2007). doi:10.1086/523081

    Article  ADS  Google Scholar 

  • L. Amati, J.-L. Atteia, L. Balazs, S. Basa, J. Becker Tjus, D.F. Bersier, M. Boer, S. Campana, B. Ciardi, S. Covino, F. Daigne, M. Feroci, A. Ferrara, F. Frontera, J.P.U. Fynbo, G. Ghirlanda, G. Ghisellini, S. Glover, J. Greiner, D. Gotz, L. Hanlon, J. Hjorth, R. Hudec, U. Katz, S. Khochfar, R. Klessen, M. Kowalski, A.J. Levan, S. McBreen, A. Mesinger, R. Mochkovitch, P. O’Brien, J.P. Osborne, P. Petitjean, O. Reimer, E. Resconi, S. Rosswog, F. Ryde, R. Salvaterra, S. Savaglio, R. Schneider, G. Tagliaferri, N.R. Tanvir, A. van der Horst, Light from the cosmic frontier: gamma-ray bursts. ArXiv e-prints (2013)

  • J.R.P. Angel, Lobster eyes as X-ray telescopes. Astrophys. J. 233, 364–373 (1979). doi:10.1086/157397

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Band, J. Matteson, L. Ford, B. Schaefer, D. Palmer, B. Teegarden, T. Cline, M. Briggs, W. Paciesas, G. Pendleton, G. Fishman, C. Kouveliotou, C. Meegan, R. Wilson, P. Lestrade, BATSE observations of gamma-ray burst spectra. I—Spectral diversity. Astrophys. J. 413, 281–292 (1993). doi:10.1086/172995

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Berger, S.R. Kulkarni, D.A. Frail, The nonrelativistic evolution of GRBs 980703 and 970508: beaming-independent calorimetry. Astrophys. J. 612, 966–973 (2004). doi:10.1086/422809

    Article  ADS  Google Scholar 

  • V. Bromm, A. Loeb, High-redshift gamma-ray bursts from population III progenitors. Astrophys. J. 642, 382–388 (2006). doi:10.1086/500799

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Burlon, G. Ghirlanda, A. van der Horst, T. Murphy, R.A.M.J. Wijers, B. Gaensler, G. Ghisellini, I. Prandoni, The SKA view of gamma-ray bursts, in Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array, (AASKA14), vol. 52 (2015)

    Google Scholar 

  • C.L. Carilli, R.J. Ivison, D.A. Frail, Variability of submillijansky radio sources. Astrophys. J. 590, 192–196 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • P. Chandra, D.A. Frail, A radio-selected sample of gamma-ray burst afterglows. Astrophys. J. 746, 156 (2012). doi:10.1088/0004-637X/746/2/156

    Article  ADS  Google Scholar 

  • P. Chandra, D.A. Frail, D. Fox, S. Kulkarni, E. Berger, S.B. Cenko, D.C.-J. Bock, F. Harrison, M. Kasliwal, Discovery of radio afterglow from the most distant cosmic explosion. Astrophys. J. Lett. 712, 31–35 (2010). doi:10.1088/2041-8205/712/1/L31

    Article  ADS  Google Scholar 

  • H.-W. Chen, J.X. Prochaska, E. Ramirez-Ruiz, J.S. Bloom, M. Dessauges-Zavadsky, R.J. Foley, On the absence of wind signatures in GRB afterglow spectra: constraints on the Wolf–Rayet winds of GRB progenitors. Astrophys. J. 663, 420–436 (2007). doi:10.1086/518111

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R. Chornock, E. Berger, D.B. Fox, R. Lunnan, M.R. Drout, W.-f. Fong, T. Laskar, K.C. Roth, GRB 130606A as a probe of the intergalactic medium and the interstellar medium in a star-forming galaxy in the first Gyr after the Big Bang. Astrophys. J. 774, 26 (2013). doi:10.1088/0004-637X/774/1/26

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B. Ciardi, A. Ferrara, The first cosmic structures and their effects. Space Sci. Rev. 116, 625–705 (2005). doi:10.1007/s11214-005-3592-0

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B. Cordier, F. Desclaux, J. Foliard, S. Schanne, SVOM pointing strategy: how to optimize the redshift measurements? in American Institute of Physics Conference Series, ed. by M. Galassi, D. Palmer, E. Fenimore American Institute of Physics Conference Series, vol. 1000, 2008, pp. 585–588. doi:10.1063/1.2943538

    Google Scholar 

  • E. Costa, F. Frontera, J. Heise, M. Feroci, J. in’t Zand, F. Fiore, M.N. Cinti, D. Dal Fiume, L. Nicastro, Discovery of an X-ray afterglow associated with the \(\gamma\)-ray burst of 28 February 1997. Nature 387, 783–785 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Cucchiara, A.J. Levan, D.B. Fox, N.R. Tanvir, T.N. Ukwatta, E. Berger, T. Krühler, A. Küpcü Yoldaş, X.F. Wu, K. Toma, J. Greiner, F.E. Olivares, A. Rowlinson, L. Amati, T. Sakamoto, K. Roth, A. Stephens, A. Fritz, J.P.U. Fynbo, J. Hjorth, D. Malesani, P. Jakobsson, K. Wiersema, P.T. O’Brien, A.M. Soderberg, R.J. Foley, A.S. Fruchter, J. Rhoads, R.E. Rutledge, B.P. Schmidt, M.A. Dopita, P. Podsiadlowski, R. Willingale, C. Wolf, S.R. Kulkarni, P. D’Avanzo, A photometric redshift of \(z\sim 9.4\) for GRB 090429B. Astrophys. J. 736, 7 (2011). doi:10.1088/0004-637X/736/1/7

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Curtis-Lake, R.J. McLure, J.S. Dunlop, A.B. Rogers, T. Targett, A. Dekel, R.S. Ellis, S.M. Faber, H.C. Ferguson, N.A. Grogin, K.-H. Huang, D.D. Kocevski, A.M. Koekemoer, K. Lai, E. Mármol-Queraltó, B.E. Robertson, No evidence for evolution in the typical rest-frame UV sizes or the incidence of morphological disturbance amongst \(L_{*}\) galaxies at \(4< z<8\). ArXiv e-prints (2014)

  • D. Eichler, E. Waxman, The efficiency of electron acceleration in collisionless shocks and gamma-ray burst energetics. Astrophys. J. 627, 861–867 (2005). doi:10.1086/430596

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Frail, E. Waxman, S.R. Kulkarni, A 450 day light curve of the radio afterglow of GRB 970508: fireball calorimetry. Astrophys. J. 537, 191–204 (2000). doi:10.1086/309024

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Frail, S.R. Kulkarni, R. Sari, S.G. Djorgovski, J.S. Bloom, T.J. Galama, D.E. Reichart, E. Berger, F.A. Harrison, P.A. Price, S.A. Yost, A. Diercks, R.W. Goodrich, F. Chaffee, Beaming in gamma-ray bursts: evidence for a standard energy reservoir. Astrophys. J. Lett. 562, 55–58 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Frail, A.M. Soderberg, S.R. Kulkarni, E. Berger, S. Yost, D.W. Fox, F.A. Harrison, Accurate calorimetry of GRB 030329. Astrophys. J. 619, 994–998 (2005). doi:10.1086/426680

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.W. Fraser, A.N. Brunton, J.E. Lees, J.F. Pearson, W.B. Feller, X-ray focusing using square-pore microchannel plates first observation of cruxiform image structure. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 324, 404–407 (1993). doi:10.1016/0168-9002(93)91003-6

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.W. Fraser, J.D. Carpenter, D.A. Rothery, J.F. Pearson, A. Martindale, J. Huovelin, J. Treis, M. Anand, M. Anttila, M. Ashcroft, J. Benkoff, P. Bland, A. Bowyer, A. Bradley, J. Bridges, C. Brown, C. Bulloch, E.J. Bunce, U. Christensen, M. Evans, R. Fairbend, M. Feasey, F. Giannini, S. Hermann, M. Hesse, M. Hilchenbach, T. Jorden, K. Joy, M. Kaipiainen, I. Kitchingman, P. Lechner, G. Lutz, A. Malkki, K. Muinonen, J. Näränen, P. Portin, M. Prydderch, J.S. Juan, E. Sclater, E. Schyns, T.J. Stevenson, L. Strüder, M. Syrjasuo, D. Talboys, P. Thomas, C. Whitford, S. Whitehead, The mercury imaging x-ray spectrometer (mixs) on bepicolombo. Planet. Space Sci. 58(1–2), 79–95 (2010). doi:10.1016/j.pss.2009.05.004. Comprehensive science investigations of Mercury: the scientific goals of the joint ESA/JAXA mission BepiColombo. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032063309001482

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J.P.U. Fynbo, P. Jakobsson, J.X. Prochaska, D. Malesani, C. Ledoux, A. de Ugarte Postigo, M. Nardini, P.M. Vreeswijk, K. Wiersema, J. Hjorth, J. Sollerman, H.-W. Chen, C.C. Thöne, G. Björnsson, J.S. Bloom, A.J. Castro-Tirado, L. Christensen, A. De Cia, A.S. Fruchter, J. Gorosabel, J.F. Graham, A.O. Jaunsen, B.L. Jensen, D.A. Kann, C. Kouveliotou, A.J. Levan, J. Maund, N. Masetti, B. Milvang-Jensen, E. Palazzi, D.A. Perley, E. Pian, E. Rol, P. Schady, R.L.C. Starling, N.R. Tanvir, D.J. Watson, D. Xu, T. Augusteijn, F. Grundahl, J. Telting, P.-O. Quirion, Low-resolution spectroscopy of gamma-ray burst optical afterglows: biases in the Swift sample and characterization of the absorbers. Astrophys. J. Suppl. Ser. 185, 526–573 (2009). doi:10.1088/0067-0049/185/2/526

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N. Gehrels, E. Ramirez-Ruiz, D.B. Fox, Gamma-ray bursts in the Swift era. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 47, 567–617 (2009). doi:10.1146/annurev.astro.46.060407.145147

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B. Gendre, G. Stratta, J.L. Atteia, S. Basa, M. Boër, D.M. Coward, S. Cutini, V. D’Elia, E.J. Howell, A. Klotz, L. Piro, The ultra-long gamma-ray burst 111209A: the collapse of a blue supergiant? Astrophys. J. 766, 30 (2013). doi:10.1088/0004-637X/766/1/30

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G. Ghirlanda, R. Salvaterra, D. Burlon, S. Campana, A. Melandri, M.G. Bernardini, S. Covino, P. D’Avanzo, V. D’Elia, G. Ghisellini, L. Nava, I. Prandoni, L. Sironi, G. Tagliaferri, S.D. Vergani, A. Wolter, Radio afterglows of a complete sample of bright Swift GRBs: predictions from present days to the SKA era. Mon. Not. R. Astron. Soc. 435, 2543–2551 (2013)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G. Ghirlanda, D. Burlon, G. Ghisellini, R. Salvaterra, M.G. Bernardini, S. Campana, S. Covino, P. D’Avanzo, V. D’Elia, A. Melandri, T. Murphy, L. Nava, S.D. Vergani, G. Tagliaferri, GRB orphan afterglows in present and future radio transient surveys. Publ. Astron. Soc. Aust. 31, 22 (2014)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G. Ghirlanda, R. Salvaterra, S. Campana, S.D. Vergani, J. Japelj, M.G. Bernardini, D. Burlon, P. D’Avanzo, A. Melandri, A. Gomboc, F. Nappo, R. Paladini, A. Pescalli, O.S. Salafia, G. Tagliaferri, Unveiling the population of orphan \(\gamma\)-ray bursts. Astron. Astrophys. 578, 71 (2015). doi:10.1051/0004-6361/201526112

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R. Gilmozzi, J. Spyromilio, The European Extremely Large Telescope (E-ELT). Messenger 127, 11 (2007)

    ADS  Google Scholar 

  • O. Godet, G. Nasser, J.-. Atteia, B. Cordier, P. Mandrou, D. Barret, H. Triou, R. Pons, C. Amoros, S. Bordon, O. Gevin, F. Gonzalez, D. Götz, A. Gros, B. Houret, C. Lachaud, K. Lacombe, W. Marty, K. Mercier, D. Rambaud, P. Ramon, G. Rouaix, S. Schanne, V. Waegebaert, The X-/Gamma-ray camera ECLAIRs for the Gamma-ray burst mission SVOM, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9144, 2014, p. 24. doi:10.1117/12.2055507

    Google Scholar 

  • D. Götz, J. Osborne, B. Cordier, J. Paul, P. Evans, A. Beardmore, A. Martindale, R. Willingale, P. O’Brien, S. Basa, C. Rossin, O. Godet, N. Webb, J. Greiner, K. Nandra, N. Meidinger, E. Perinati, A. Santangelo, K. Mercier, F. Gonzalez, The microchannel x-ray telescope for the gamma-ray burst mission SVOM, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9144, 2014, p. 23. doi:10.1117/12.2054898

    Google Scholar 

  • J. Granot, A.J. van der Horst, Gamma-ray burst jets and their radio observations. Publ. Astron. Soc. Aust. 31, 8 (2014). doi:10.1017/pasa.2013.44

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J. Greiner, W. Bornemann, C. Clemens, M. Deuter, G. Hasinger, M. Honsberg, H. Huber, S. Huber, M. Krauss, T. Krühler, A. Küpcü Yoldaş, H. Mayer-Hasselwander, B. Mican, N. Primak, F. Schrey, I. Steiner, G. Szokoly, C.C. Thöne, A. Yoldaş, S. Klose, U. Laux, J. Winkler, GROND—a 7-channel imager. Publ. Astron. Soc. Pac. 120, 405–424 (2008). doi:10.1086/587032

    Article  ADS  Google Scholar 

  • O.E. Hartoog, D. Malesani, J.P.U. Fynbo, T. Goto, T. Krühler, P.M. Vreeswijk, A. De Cia, D. Xu, P. Møller, S. Covino, V. D’Elia, H. Flores, P. Goldoni, J. Hjorth, P. Jakobsson, J.-K. Krogager, L. Kaper, C. Ledoux, A.J. Levan, B. Milvang-Jensen, J. Sollerman, M. Sparre, G. Tagliaferri, N.R. Tanvir, A. de Ugarte Postigo, S.D. Vergani, K. Wiersema, J. Datson, R. Salinas, K. Mikkelsen, N. Aghanim, VLT/X-Shooter spectroscopy of the afterglow of the Swift GRB 130606A. chemical abundances and reionisation at \(z \sim 6\). Astron. Astrophys. 580, 139 (2015). doi:10.1051/0004-6361/201425001

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Heger, C.L. Fryer, S.E. Woosley, N. Langer, D.H. Hartmann, How massive single stars end their life. Astrophys. J. 591, 288–300 (2003). doi:10.1086/375341

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J. Heise, J.I. Zand, R.M. Kippen, P.M. Woods, X-ray flashes and X-ray rich gamma ray bursts, in Gamma-Ray Bursts in the Afterglow Era, ed. by E. Costa, F. Frontera, J. Hjorth, 2001, p. 16. doi:10.1007/10853853_4

    Chapter  Google Scholar 

  • J. Japelj, D. Kopač, S. Kobayashi, R. Harrison, C. Guidorzi, F.J. Virgili, C.G. Mundell, A. Melandri, A. Gomboc, Phenomenology of reverse-shock emission in the optical afterglows of gamma-ray bursts. Astrophys. J. 785, 84 (2014). doi:10.1088/0004-637X/785/2/84

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Klotz, M. Boër, J.L. Atteia, B. Gendre, Early optical observations of gamma-ray bursts by the TAROT telescopes: period 2001–2008. Astron. J. 137, 4100–4108 (2009). doi:10.1088/0004-6256/137/5/4100

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S.R. Kulkarni, D.A. Frail, M.H. Wieringa, R.D. Ekers, E.M. Sadler, R.M. Wark, J.L. Higdon, E.S. Phinney, J.S. Bloom, Radio emission from the unusual supernova 1998bw and its association with the \(\gamma\)-ray burst of 25 April 1998. Nature 395, 663–669 (1998). doi:10.1038/27139

    Article  ADS  Google Scholar 

  • S.R. Kulkarni, D.A. Frail, R. Sari, G.H. Moriarty-Schieven, D.S. Shepherd, P. Udomprasert, A.C.S. Readhead, J.S. Bloom, M. Feroci, E. Costa, Discovery of a radio flare from GRB 990123. Astrophys. J. Lett. 522, 97–100 (1999). doi:10.1086/312227

    Article  ADS  Google Scholar 

  • P. Kumar, B. Zhang, The physics of gamma-ray bursts and relativistic jets. Phys. Rep. 561, 1–109 (2015). doi:10.1016/j.physrep.2014.09.008

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.Q. Lamb, D.E. Reichart, Gamma-ray bursts as a probe of the very high redshift universe. Astrophys. J. 536, 1–18 (2000). doi:10.1086/308918

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T. Laskar, E. Berger, B.A. Zauderer, R. Margutti, A.M. Soderberg, S. Chakraborti, R. Lunnan, R. Chornock, P. Chandra, A. Ray, A reverse shock in GRB 130427A. Astrophys. J. 776, 119 (2013). doi:10.1088/0004-637X/776/2/119

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A. Maselli, A. Melandri, L. Nava, C.G. Mundell, N. Kawai, S. Campana, S. Covino, J.R. Cummings, G. Cusumano, P.A. Evans, G. Ghirlanda, G. Ghisellini, C. Guidorzi, S. Kobayashi, P. Kuin, V. La Parola, V. Mangano, S. Oates, T. Sakamoto, M. Serino, F. Virgili, B.-B. Zhang, S. Barthelmy, A. Beardmore, M.G. Bernardini, D. Bersier, D. Burrows, G. Calderone, M. Capalbi, J. Chiang, P. D’Avanzo, V. D’Elia, M. De Pasquale, D. Fugazza, N. Gehrels, A. Gomboc, R. Harrison, H. Hanayama, J. Japelj, J. Kennea, D. Kopac, C. Kouveliotou, D. Kuroda, A. Levan, D. Malesani, F. Marshall, J. Nousek, P. O’Brien, J.P. Osborne, C. Pagani, K.L. Page, M. Page, M. Perri, T. Pritchard, P. Romano, Y. Saito, B. Sbarufatti, R. Salvaterra, I. Steele, N. Tanvir, G. Vianello, B. Weigand, K. Wiersema, Y. Yatsu, T. Yoshii, G. Tagliaferri, GRB 130427A: a nearby ordinary monster. Science 343, 48–51 (2014). doi:10.1126/science.1242279

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. McQuinn, A. Lidz, M. Zaldarriaga, L. Hernquist, S. Dutta, Probing the neutral fraction of the IGM with GRBs during the epoch of reionization. Mon. Not. R. Astron. Soc. 388, 1101–1110 (2008). doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13271.x

    ADS  Google Scholar 

  • N. Meidinger, R. Andritschke, W. Bornemann, D. Coutinho, V. Emberger, O. Hälker, W. Kink, B. Mican, S. Müller, D. Pietschner, P. Predehl, J. Reiffers, Report on the eROSITA camera system, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9144, 2014, p. 1. doi:10.1117/12.2055703

    Google Scholar 

  • A. Melandri, B. Sbarufatti, P. D’Avanzo, R. Salvaterra, S. Campana, S. Covino, S.D. Vergani, L. Nava, G. Ghisellini, G. Ghirlanda, D. Fugazza, V. Mangano, M. Capalbi, G. Tagliaferri, The dark bursts population in a complete sample of bright Swift long gamma-ray bursts. Mon. Not. R. Astron. Soc. 421, 1265–1272 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.20398.x

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.A. Mesler, Y.M. Pihlström, Calorimetry of GRB 030329: simultaneous model fitting to the broadband radio afterglow and the observed image expansion rate. Astrophys. J. 774, 77 (2013). doi:10.1088/0004-637X/774/1/77

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R.A. Mesler, Y.M. Pihlström, G.B. Taylor, J. Granot, VLBI and archival VLA and WSRT observations of the GRB 030329 radio afterglow. Astrophys. J. 759, 4 (2012). doi:10.1088/0004-637X/759/1/4

    Article  ADS  Google Scholar 

  • P. Mészáros, M.J. Rees, Population III gamma-ray bursts. Astrophys. J. 715, 967–971 (2010). doi:10.1088/0004-637X/715/2/967

    Article  ADS  Google Scholar 

  • B.D. Metzger, P.K.G. Williams, E. Berger, Extragalactic transients in the era of wide-field radio surveys. I. Detection rates and light curve characteristics. ArXiv e-prints (2015)

  • M.J. Michałowski, A. Kamble, J. Hjorth, D. Malesani, R.F. Reinfrank, L. Bonavera, J.M. Castro Cerón, E. Ibar, J.S. Dunlop, J.P.U. Fynbo, M.A. Garrett, P. Jakobsson, D.L. Kaplan, T. Krühler, A.J. Levan, M. Massardi, S. Pal, J. Sollerman, N.R. Tanvir, A.J. van der Horst, D. Watson, K. Wiersema, The optically unbiased GRB host (TOUGH) survey. VI. Radio observations at \(z>\sim1\) and consistency with typical star-forming galaxies. Astrophys. J. 755, 85 (2012). doi:10.1088/0004-637X/755/2/85

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Perley, R.A. Perley, Radio constraints on heavily obscured star formation. Astrophys. J. 778, 172 (2013). doi:10.1088/0004-637X/778/2/172

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Perley, S.B. Cenko, A. Corsi, N.R. Tanvir, A.J. Levan, D.A. Kann, E. Sonbas, K. Wiersema, W. Zheng, X.-H. Zhao, J.-M. Bai, M. Bremer, A.J. Castro-Tirado, L. Chang, K.I. Clubb, D. Frail, A. Fruchter, E. Göğüş, J. Greiner, T. Güver, A. Horesh, A.V. Filippenko, S. Klose, J. Mao, A.N. Morgan, A.S. Pozanenko, S. Schmidl, B. Stecklum, M. Tanga, A.A. Volnova, A.E. Volvach, J.-G. Wang, J.-M. Winters, Y.-X. Xin, The afterglow of GRB 130427A from 1 to \(10^{16}~\mbox{GHz}\). Astrophys. J. 781, 37 (2014). doi:10.1088/0004-637X/781/1/37

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D.A. Perley, R.A. Perley, J. Hjorth, M.J. Michałowski, S.B. Cenko, P. Jakobsson, T. Krühler, A.J. Levan, D. Malesani, N.R. Tanvir, Connecting GRBs and ULIRGs: a sensitive, unbiased survey for radio emission from gamma-ray burst host galaxies at \(0.0< z<2.5\). Astrophys. J. 801, 102 (2015). doi:10.1088/0004-637X/801/2/102

    Article  ADS  Google Scholar 

  • Y.M. Pihlström, G.B. Taylor, J. Granot, S. Doeleman, Stirring the embers: high-sensitivity VLBI observations of GRB 030329. Astrophys. J. 664, 411–415 (2007). doi:10.1086/518955

    Article  ADS  Google Scholar 

  • P. Predehl, R. Andritschke, W. Becker, W. Bornemann, H. Bräuninger, H. Brunner, T. Boller, V. Burwitz, W. Burkert, N. Clerc, E. Churazov, D. Coutinho, K. Dennerl, J. Eder, V. Emberger, T. Eraerds, M.J. Freyberg, P. Friedrich, M. Fürmetz, A. Georgakakis, C. Grossberger, F. Haberl, O. Hälker, G. Hartner, G. Hasinger, J. Hoelzl, H. Huber, A. von Kienlin, W. Kink, I. Kreykenbohm, G. Lamer, I. Lomakin, I. Lapchov, L. Lovisari, N. Meidinger, A. Merloni, B. Mican, J. Mohr, S. Müller, K. Nandra, F. Pacaud, M.N. Pavlinsky, E. Perinati, E. Pfeffermann, D. Pietschner, J. Reiffers, T. Reiprich, J. Robrade, M. Salvato, A.E. Santangelo, M. Sasaki, H. Scheuerle, C. Schmid, J. Schmitt, A.D. Schwope, R. Sunyaev, C. Tenzer, L. Tiedemann, W. Xu, V. Yaroshenko, S. Walther, M. Wille, J. Wilms, Y.-Y. Zhang, EROSITA on SRG, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9144, 2014, p. 1. doi:10.1117/12.2055426

    Google Scholar 

  • N. Produit, F. Barao, S. Deluit, W. Hajdas, C. Leluc, M. Pohl, D. Rapin, J.-P. Vialle, R. Walter, C. Wigger, POLAR, a compact detector for gamma-ray bursts photon polarization measurements. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 550, 616–625 (2005). doi:10.1016/j.nima.2005.05.066

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J.L. Racusin, S.V. Karpov, M. Sokolowski, J. Granot, X.F. Wu, V. Pal’Shin, S. Covino, A.J. van der Horst, S.R. Oates, P. Schady, R.J. Smith, J. Cummings, R.L.C. Starling, L.W. Piotrowski, B. Zhang, P.A. Evans, S.T. Holland, K. Malek, M.T. Page, L. Vetere, R. Margutti, C. Guidorzi, A.P. Kamble, P.A. Curran, A. Beardmore, C. Kouveliotou, L. Mankiewicz, A. Melandri, P.T. O’Brien, K.L. Page, T. Piran, N.R. Tanvir, G. Wrochna, R.L. Aptekar, S. Barthelmy, C. Bartolini, G.M. Beskin, S. Bondar, M. Bremer, S. Campana, A. Castro-Tirado, A. Cucchiara, M. Cwiok, P. D’Avanzo, V. D’Elia, M. Della Valle, A. de Ugarte Postigo, W. Dominik, A. Falcone, F. Fiore, D.B. Fox, D.D. Frederiks, A.S. Fruchter, D. Fugazza, M.A. Garrett, N. Gehrels, S. Golenetskii, A. Gomboc, J. Gorosabel, G. Greco, A. Guarnieri, S. Immler, M. Jelinek, G. Kasprowicz, V. La Parola, A.J. Levan, V. Mangano, E.P. Mazets, E. Molinari, A. Moretti, K. Nawrocki, P.P. Oleynik, J.P. Osborne, C. Pagani, S.B. Pandey, Z. Paragi, M. Perri, A. Piccioni, E. Ramirez-Ruiz, P.W.A. Roming, I.A. Steele, R.G. Strom, V. Testa, G. Tosti, M.V. Ulanov, K. Wiersema, R.A.M.J. Wijers, J.M. Winters, A.F. Zarnecki, F. Zerbi, P. Mészáros, G. Chincarini, D.N. Burrows, Broadband observations of the naked-eye \(\gamma\)-ray burst GRB080319B. Nature 455, 183–188 (2008). doi:10.1038/nature07270

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E. Rol, A. van der Horst, K. Wiersema, S.K. Patel, A. Levan, M. Nysewander, C. Kouveliotou, R.A.M.J. Wijers, N. Tanvir, D. Reichart, A.S. Fruchter, J. Graham, J.-E. Ovaldsen, A.O. Jaunsen, P. Jonker, W. van Ham, J. Hjorth, R.L.C. Starling, P.T. O’Brien, J. Fynbo, D.N. Burrows, R. Strom, GRB 051022: physical parameters and extinction of a prototype dark burst. Astrophys. J. 669, 1098–1106 (2007). doi:10.1086/521336

    Article  ADS  Google Scholar 

  • E.M. Rossi, R. Perna, F. Daigne, ‘orphan’ afterglows in the universal structured jet model for \(\gamma\)-ray bursts. Mon. Not. R. Astron. Soc. 390, 675–682 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • T. Sakamoto, D.Q. Lamb, C. Graziani, T.Q. Donaghy, M. Suzuki, G. Ricker, J.-L. Atteia, N. Kawai, A. Yoshida, Y. Shirasaki, T. Tamagawa, K. Torii, M. Matsuoka, E.E. Fenimore, M. Galassi, T. Tavenner, J. Doty, R. Vanderspek, G.B. Crew, J. Villasenor, N. Butler, G. Prigozhin, J.G. Jernigan, C. Barraud, M. Boer, J.-P. Dezalay, J.-F. Olive, K. Hurley, A. Levine, G. Monnelly, F. Martel, E. Morgan, S.E. Woosley, T. Cline, J. Braga, R. Manchanda, G. Pizzichini, K. Takagishi, M. Yamauchi, High energy transient explorer 2 observations of the extremely soft X-ray flash XRF 020903. Astrophys. J. 602, 875–885 (2004). doi:10.1086/381232

    Article  ADS  Google Scholar 

  • R. Salvaterra, High redshift gamma-ray bursts. J. High Energy Astrophys. 7, 35–43 (2015). doi:10.1016/j.jheap.2015.03.001

    Article  ADS  Google Scholar 

  • I. Shivvers, E. Berger, A beaming-independent estimate of the energy distribution of long gamma-ray bursts: initial results and future prospects. Astrophys. J. 734, 58 (2011). doi:10.1088/0004-637X/734/1/58

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A.M. Soderberg, S.R. Kulkarni, D.B. Fox, E. Berger, P.A. Price, S.B. Cenko, D.A. Howell, A. Gal-Yam, D.C. Leonard, D.A. Frail, D. Moon, R.A. Chevalier, M. Hamuy, K.C. Hurley, D. Kelson, K. Koviak, W. Krzeminski, P. Kumar, A. MacFadyen, P.J. McCarthy, H.S. Park, B.A. Peterson, M.M. Phillips, M. Rauch, M. Roth, B.P. Schmidt, S. Shectman, An HST search for supernovae accompanying X-ray flashes. Astrophys. J. 627, 877–887 (2005). doi:10.1086/430405

    Article  ADS  Google Scholar 

  • M. Sparre, O.E. Hartoog, T. Krühler, J.P.U. Fynbo, D.J. Watson, K. Wiersema, V. D’Elia, T. Zafar, P.M.J. Afonso, S. Covino, A. de Ugarte Postigo, H. Flores, P. Goldoni, J. Greiner, J. Hjorth, P. Jakobsson, L. Kaper, S. Klose, A.J. Levan, D. Malesani, B. Milvang-Jensen, M. Nardini, S. Piranomonte, J. Sollerman, R. Sánchez-Ramírez, S. Schulze, N.R. Tanvir, S.D. Vergani, R.A.M.J. Wijers, The metallicity and dust content of a redshift 5 gamma-ray burst host galaxy. Astrophys. J. 785, 150 (2014). doi:10.1088/0004-637X/785/2/150

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.W. Suarez, PhD thesis, University of Geneva, 2010

  • J. Sun, PhD thesis, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, 2012

  • N.R. Tanvir, P. Jakobsson, Observations of GRBs at high redshift. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. A, Math. Phys. Sci. 365, 1377–1384 (2007). doi:10.1098/rsta.2006.1992

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N.R. Tanvir, D.B. Fox, A.J. Levan, E. Berger, K. Wiersema, J.P.U. Fynbo, A. Cucchiara, T. Krühler, N. Gehrels, J.S. Bloom, J. Greiner, P.A. Evans, E. Rol, F. Olivares, J. Hjorth, P. Jakobsson, J. Farihi, R. Willingale, R.L.C. Starling, S.B. Cenko, D. Perley, J.R. Maund, J. Duke, R.A.M.J. Wijers, A.J. Adamson, A. Allan, M.N. Bremer, D.N. Burrows, A.J. Castro-Tirado, B. Cavanagh, A. de Ugarte Postigo, M.A. Dopita, T.A. Fatkhullin, A.S. Fruchter, R.J. Foley, J. Gorosabel, J. Kennea, T. Kerr, S. Klose, H.A. Krimm, V.N. Komarova, S.R. Kulkarni, A.S. Moskvitin, C.G. Mundell, T. Naylor, K. Page, B.E. Penprase, M. Perri, P. Podsiadlowski, K. Roth, R.E. Rutledge, T. Sakamoto, P. Schady, B.P. Schmidt, A.M. Soderberg, J. Sollerman, A.W. Stephens, G. Stratta, T.N. Ukwatta, D. Watson, E. Westra, T. Wold, C. Wolf, A \(\gamma\)-ray burst at a redshift of \(z\sim 8.2\). Nature 461, 1254–1257 (2009). doi:10.1038/nature08459

    Article  ADS  Google Scholar 

  • N.R. Tanvir, A.J. Levan, A.S. Fruchter, J.P.U. Fynbo, J. Hjorth, K. Wiersema, M.N. Bremer, J. Rhoads, P. Jakobsson, P.T. O’Brien, E.R. Stanway, D. Bersier, P. Natarajan, J. Greiner, D. Watson, A.J. Castro-Tirado, R.A.M.J. Wijers, R.L.C. Starling, K. Misra, J.F. Graham, C. Kouveliotou, Star formation in the early universe: beyond the tip of the iceberg. Astrophys. J. 754, 46 (2012). doi:10.1088/0004-637X/754/1/46

    Article  ADS  Google Scholar 

  • G.B. Taylor, D.A. Frail, E. Berger, S.R. Kulkarni, The angular size and proper motion of the afterglow of GRB 030329. Astrophys. J. Lett. 609, 1–4 (2004). doi:10.1086/422554

    Article  ADS  Google Scholar 

  • A.J. van der Horst, Z. Paragi, A.G. de Bruyn, J. Granot, C. Kouveliotou, K. Wiersema, R.L.C. Starling, P.A. Curran, R.A.M.J. Wijers, A. Rowlinson, G.A. Anderson, R.P. Fender, J. Yang, R.G. Strom, A comprehensive radio view of the extremely bright gamma-ray burst 130427A. Mon. Not. R. Astron. Soc. 444, 3151–3163 (2014). doi:10.1093/mnras/stu1664

    Article  ADS  Google Scholar 

  • H. van Eerten, A. van der Horst, A. MacFadyen, Gamma-ray burst afterglow broadband fitting based directly on hydrodynamics simulations. Astrophys. J. 749, 44 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • J. van Paradijs, P.J. Groot, T. Galama, C. Kouveliotou, R.G. Strom, J. Telting, R.G.M. Rutten, G.J. Fishman, Transient optical emission from the error box of the \(\gamma\)-ray burst of 28 February 1997. Nature 386, 686–689 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  • F.Y. Wang, V. Bromm, T.H. Greif, A. Stacy, Z.G. Dai, A. Loeb, K.S. Cheng, Probing pre-galactic metal enrichment with high-redshift gamma-ray bursts. Astrophys. J. 760, 27 (2012). doi:10.1088/0004-637X/760/1/27

    Article  ADS  Google Scholar 

  • H. Wolter, Spiegelsysteme streifenden Einfalls als abbildende Optiken für Röntgenstrahlen. Ann. Phys. 445(1-2), 94–114 (1952). doi:10.1002/andp.19524450108

    Article  MATH  Google Scholar 

  • P.R. Wozniak, S.R. Kulkarni, J. Bloom, N. Brandt, D. Fox, A. Gal-Yam, N. Gehrels, L. Jones, M. Kasliwal, C. Kouveliotou, E. Nakar, A. Rau, M. Strauss, W.T. Vestrand, Explosive transients in the distant universe, in astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. ArXiv Astrophysics e-prints, vol. 2010 (2009), p. 326

    Google Scholar 

  • S. Xiong, N. Produit, B. Wu, Expected performance of a hard X-ray polarimeter (POLAR) by Monte Carlo simulation. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 606, 552–559 (2009). doi:10.1016/j.nima.2009.04.033

    Article  ADS  Google Scholar 

  • D. Yonetoku, T. Murakami, S. Gunji, T. Mihara, K. Toma, T. Sakashita, Y. Morihara, T. Takahashi, N. Toukairin, H. Fujimoto, Y. Kodama, S. Kubo, IKAROS Demonstration Team, Detection of gamma-ray polarization in prompt emission of GRB 100826A. Astrophys. J. Lett. 743, 30 (2011). doi:10.1088/2041-8205/743/2/L30

    Article  ADS  Google Scholar 

  • W. Yuan, C. Zhang, H. Feng, S.N. Zhang, Z.X. Ling, D.H. Zhao, J. Deng, Y.L. Qiu, J.P. Osborne, P. O’Brien, R. Willingale, J.S. Lapington, Einstein probe—a small mission to monitor and explore the dynamic X-ray universe, in Proceedings of Swift: 10 Years of Discovery, SWIFT 10, 2–5 December 2014, La Sapienza University, Rome, Italy (2015), p. 6. arXiv:1506.07735

    Google Scholar 

  • B. Zhang, Gamma-ray burst prompt emission. Int. J. Mod. Phys. D 23, 30002 (2014). doi:10.1142/S021827181430002X

    ADS  Google Scholar 

  • D. Zhao, C. Zhang, W. Yuan, R. Willingale, Z. Ling, H. Feng, H. Li, J. Ji, W. Wang, S. Zhang, Ray tracing simulations for the wide-field x-ray telescope of the Einstein probe mission based on Geant4 and XRTG4, in Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series, vol. 9144, 2014, p. 4. doi:10.1117/12.2055434

    Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

The authors are grateful to the International Space Science Institute of Beijing (ISSI-Beijing), its executive director Prof. M. Falanga and all the staff for hosting and funding the workshop “Gamma-Ray Bursts: a tool to Explore the Young Universe” held in Beijing from April 10 to 15 2015. W. Yuan and C. Zhang thank R. Willingale, J.P. Osborne and P. O’Brien for their contribution to the EP project and acknowledge support of the “Strategic Priority Research Program on Space Science” (Grant number No. XDA04061100) and “Gravitational Wave Universe Research” (No. XDB23000000) of the Chinese Academy of Sciences. B. Cordier and D. Götz acknowledge financial support of the UnivEarthS Labex program at Sorbonne Paris Cité (ANR-10-LABX-0023 and ANR-11-IDEX-0005-02). Sun acknowledges support from the 973 program 2014CB845802 and NSFC 11503028.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Key Laboratory of Space Astronomy and Technology, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Datun Rd 20A, Beijing, 100012, China

    Weimin Yuan, Yulei Qiu, Jianyan Wei & Chen Zhang

  2. INAF–IASF Bologna, via P. Gobetti 101, 40129, Bologna, Italy

    Lorenzo Amati

  3. CRESST/Joint Center for Astrophysics, Univ. of Maryland, Baltimore County, Baltimore, MD, 21250, USA

    John K. Cannizzo

  4. CEA-Irfu, Service d’Astrophysique, 91191, Gif-sur-Yvette, France

    Bertrand Cordier & Diego Götz

  5. Astrophysics Division, NASA/Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, 20771, USA

    Neil Gehrels

  6. Istituto Nazionale di Astrofisica INAF, Osservatorio Astronomico di Brera, Via E. Bianchi 46, 23807, Merate, LC, Italy

    Giancarlo Ghirlanda

  7. ISDC, Chemin d’ Ecogia 16, 1290, Versoix, Switzerland

    Nicolas Produit

  8. Institute of High-Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Yuquan Lu 19B, Shijingshan District, Beijing, China

    Jianchao Sun

  9. Dept. of Physics and Astronomy, University of Leicester, University Road, Leicester, LE1 7RH, UK

    Nial R. Tanvir

Authors
  1. Weimin Yuan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Lorenzo Amati
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. John K. Cannizzo
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Bertrand Cordier
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Neil Gehrels
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. Giancarlo Ghirlanda
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  7. Diego Götz
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  8. Nicolas Produit
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  9. Yulei Qiu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  10. Jianchao Sun
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  11. Nial R. Tanvir
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  12. Jianyan Wei
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  13. Chen Zhang
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Weimin Yuan.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Yuan, W., Amati, L., Cannizzo, J.K. et al. Perspectives on Gamma-Ray Burst Physics and Cosmology with Next Generation Facilities. Space Sci Rev 202, 235–277 (2016). https://doi.org/10.1007/s11214-016-0274-z

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11214-016-0274-z

Keywords

Search

Navigation