Advertisement

Space Science Reviews

, Volume 202, Issue 1–4, pp 235–277 | Cite as

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

  • Weimin YuanEmail author
  • Lorenzo Amati
  • John K. Cannizzo
  • Bertrand Cordier
  • Neil Gehrels
  • Giancarlo Ghirlanda
  • Diego Götz
  • Nicolas Produit
  • Yulei Qiu
  • Jianchao Sun
  • Nial R. Tanvir
  • Jianyan Wei
  • Chen Zhang
Article

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.

Keywords

Gamma-ray bursts High-redshift Gamma-ray X-ray Instrumentation 

Notes

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.

References

  1. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  2. 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) Google Scholar
  3. J.R.P. Angel, Lobster eyes as X-ray telescopes. Astrophys. J. 233, 364–373 (1979). doi: 10.1086/157397 ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  6. V. Bromm, A. Loeb, High-redshift gamma-ray bursts from population III progenitors. Astrophys. J. 642, 382–388 (2006). doi: 10.1086/500799 ADSCrossRefGoogle Scholar
  7. 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
  8. C.L. Carilli, R.J. Ivison, D.A. Frail, Variability of submillijansky radio sources. Astrophys. J. 590, 192–196 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  12. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  13. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  14. 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
  15. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  16. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  17. 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) Google Scholar
  18. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  19. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  20. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  21. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  22. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  23. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  24. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  25. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  26. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  27. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  28. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  29. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  30. R. Gilmozzi, J. Spyromilio, The European Extremely Large Telescope (E-ELT). Messenger 127, 11 (2007) ADSGoogle Scholar
  31. 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
  32. 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
  33. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  34. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  35. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  36. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  37. 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 CrossRefGoogle Scholar
  38. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  39. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  40. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  41. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  42. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  43. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  44. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  45. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  46. 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 ADSGoogle Scholar
  47. 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
  48. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  49. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  50. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  51. P. Mészáros, M.J. Rees, Population III gamma-ray bursts. Astrophys. J. 715, 967–971 (2010). doi: 10.1088/0004-637X/715/2/967 ADSCrossRefGoogle Scholar
  52. 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) Google Scholar
  53. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  54. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  55. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  56. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  57. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  58. 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
  59. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  60. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  61. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  62. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  63. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  64. R. Salvaterra, High redshift gamma-ray bursts. J. High Energy Astrophys. 7, 35–43 (2015). doi: 10.1016/j.jheap.2015.03.001 ADSCrossRefGoogle Scholar
  65. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  66. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  67. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  68. G.W. Suarez, PhD thesis, University of Geneva, 2010 Google Scholar
  69. J. Sun, PhD thesis, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, 2012 Google Scholar
  70. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  71. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  72. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  73. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  74. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  75. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  76. 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) ADSCrossRefGoogle Scholar
  77. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  78. H. Wolter, Spiegelsysteme streifenden Einfalls als abbildende Optiken für Röntgenstrahlen. Ann. Phys. 445(1-2), 94–114 (1952). doi: 10.1002/andp.19524450108 CrossRefzbMATHGoogle Scholar
  79. 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
  80. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  81. 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 ADSCrossRefGoogle Scholar
  82. 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
  83. B. Zhang, Gamma-ray burst prompt emission. Int. J. Mod. Phys. D 23, 30002 (2014). doi: 10.1142/S021827181430002X ADSGoogle Scholar
  84. 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

Copyright information

© Springer Science+Business Media Dordrecht 2016

Authors and Affiliations

  • Weimin Yuan
    • 1
    Email author
  • Lorenzo Amati
    • 2
  • John K. Cannizzo
    • 3
  • Bertrand Cordier
    • 4
  • Neil Gehrels
    • 5
  • Giancarlo Ghirlanda
    • 6
  • Diego Götz
    • 4
  • Nicolas Produit
    • 7
  • Yulei Qiu
    • 1
  • Jianchao Sun
    • 8
  • Nial R. Tanvir
    • 9
  • Jianyan Wei
    • 1
  • Chen Zhang
    • 1
  1. 1.Key Laboratory of Space Astronomy and Technology, National Astronomical ObservatoriesChinese Academy of SciencesBeijingChina
  2. 2.INAF–IASF BolognaBolognaItaly
  3. 3.CRESST/Joint Center for AstrophysicsUniv. of MarylandBaltimoreUSA
  4. 4.CEA-IrfuService d’AstrophysiqueGif-sur-YvetteFrance
  5. 5.Astrophysics DivisionNASA/Goddard Space Flight CenterGreenbeltUSA
  6. 6.Istituto Nazionale di Astrofisica INAFOsservatorio Astronomico di BreraMerateItaly
  7. 7.ISDCVersoixSwitzerland
  8. 8.Institute of High-Energy PhysicsChinese Academy of SciencesBeijingChina
  9. 9.Dept. of Physics and AstronomyUniversity of LeicesterLeicesterUK

Personalised recommendations