Gamma-ray Bursts (GRBs) are observed as high-energy γ-rays with an isotropic energy of about 10¹⁰ - 10⁵⁴ erg released in a few seconds. This emission is followed by a long-lasting afterglow detected at longer wavelengths, from radio to X-rays. Although still under debate, the most-widely accepted model for the production of the GRB prompt and afterglow phase is the relativistic fireball model. It proposes an ultra-relativistic jet composed by electron-positron pairs, photons and baryons. The GRB emission is then associated to internal shocks within the jet. The afterglow emission is associated to the synchrotron radiation from the Fermi accelerated electrons in external shocks between the jet and the external medium. There are many open questions regarding the physical processes leading to the observed GRB emission and the details of the fireball model. These processes include the dynamics of the outflow, and the mechanisms responsible for particle acceleration, magnetic field (B) generation and radiation processes. There are also questions about the progenitor and central engine, and about the external density profile. Previous studies aiming to solve some of these questions often had to introduce further assumptions to the standard model to explain the data. However, these assumptions introduce degeneracies in the parameters and do not allow an independent test of the model. I present the data for four GRBs that have excellent simultaneous multi-epoch multi-wavelength coverage.These data sets allow me to test the standard afterglow model through a combined temporal and spectral analysis called the snapshot method. I analyse the following questions: 1) What is the evolution of the break frequencies and the afterglow parameters? 2) Can I set constraints on the CBM density type? 3) Is it possible to differentiate among the proposed energy injection models? 4) How collimated are the outflows? 5) Is it possible to favour a single mechanism of B field production. 6) Is synchrotron emission the only relevant radiation process for the cooling of the electrons? I present a detailed analysis of the temporal evolution of the break frequencies and the afterglow parameters, and I find that they follows the expected theoretical values. I derive two important results in the context of the standard afterglow model: first, I show that the evolution of B is in agreement with the prediction of the shock amplification of the circumburst medium magnetic field mechanism. This results suggests that an analysis of the evolution of B gives valuable information on the magnetic field production mechanisms, that can not be obtained from the measurement of its magnitude. Second, the four GRBs are all in agreement with a stellar-wind like density profile, as expected in the collapsar model. Previous studies have shown that the density profile is usually in agreement with an ISM profile. However, I show that the inclusion of radio and submm data is a key factor to determine the density profile without ambiguity.     «

Gamma-ray Bursts (GRBs) are observed as high-energy γ-rays with an isotropic energy of about 10¹⁰ - 10⁵⁴ erg released in a few seconds. This emission is followed by a long-lasting afterglow detected at longer wavelengths, from radio to X-rays. Although still under debate, the most-widely accepted model for the production of the GRB prompt and afterglow phase is the relativistic fireball model. It proposes an ultra-relativistic jet composed by electron-positron pairs, photons and baryons. The GRB...     »

Gammastrahlenausbrüche (Englisch: Gamma-Ray Burst, GRB) werden als hochenergetische Gammastrahlung beobachtet, deren isotropisches Energieäquivalent von etwa 10¹⁰ - 10⁵⁴ erg in nur wenigen Sekunden emittiert wird. Dieser Gammaemission folgt ein lang anhaltendes Nachglühen, welches bei längeren Wellenlängen, von Radiowellen bis Röntgenstrahlung, gemessen wird. Das relativistische Feuerballmodell, das die anfängliche Gammastrahlung und das Nachglühen beschreibt, ist trotz anhaltender Diskussionen die heutzutage am weitesten akzeptierte Theorie. Das Modell beschreibt einen ultra-relativistischen gerichteten Materiefluss (einen Jet), der aus e+ e- Paaren, Photonen und Baryonen besteht. Die Gammaemission wird durch interne Schocks im Materiefluss erzeugt. Das Nachglühen ist Synchrotron-Strahlung von Fermi-beschleunigten Elektronen in externen Schocks, die entstehen, wenn der Jet auf das externe Medium trifft. Sowohl die physikalischen Prozesse, die zur beobachteten GRB Emission führen, als auch grundlegende Details des Feuerballmodells werfen noch viele Fragen auf. Diese beinhalten zum einen die Dynamik des Flusses und zum anderen die Mechanismen, die zur Beschleunigung der Teilchen, zur Erzeugung des magnetische Felds (B), und zu den unterschiedlichen Strahlungsprozessen führen. Auch viele Fragen zum Vorläuferobjekt und zum Dichteprofil des externen Mediums sind nach wie vor unbeantwortet. In vorausgegangenen Studien mussten zusätzliche Annahmen zum Standardmodell gemacht werden, um die Beobachtungen zu erklären. Diese Annahmen führen jedoch zur Entartung der Parameter und erlauben somit keinen unabhängigen Test des Modells. In dieser Arbeit präsentiere ich Daten für vier GRBs, die mehrere zeitliche Epochen mit gleichzeitigen Breitband-Beobachtungen abdecken. Dieser Datensatz erlaubt es mir, das Feuerballmodell mit einer Kombination aus Zeit- und Spektralanalyse zu testen. Man nennt dies "Schnappschussmethode". Damit möchte ich die folgende Fragen beantworten: 1) Wie verändern sich die charakteristischen Frequenzen des Spektrums und die Parameter des Nachglühens? 2) Kann das radiale Dichteprofil des Mediums, das den GRB umgibt, genauer beschrieben werden? 3) Ist es möglich, zwischen den verschieden Theorien zur Einspeisung von Energie in den Jet zu unterscheiden? 4) Wie stark ist der Jet kollimiert? 5) Ist es möglich, den vorherrschenden Mechanismus zur Erzeugung des Magnetfeldes zu bestimmen? 6) Ist Synchrotronemission der einzige relevante Prozess, um die Elektronen zu kühlen? Ich präsentiere eine detaillierte Analyse der zeitlichen Entwicklung der charakteristischen Frequenzen im Synchrotronspektrum und der Nachglüh-Parameter. Dabei stelle ich fest, dass sie der theoretisch vorhergesagten zeitlichen Evolution folgen. Ich leite zwei wichtige Ergebnisse für das Feuerballmodell ab: Erstens zeige ich, dass die Evolution des Magnetfelds B mit den Vorhersagen eines durch Schocks verstärkten magnetisches Felds im umgebenden Medium übereinstimmt. Dieses Ergebnis zeigt, dass eine Analyse der Entwicklung des magnetischen Felds wertvolle Informationen über den Mechanismus seiner Erzeugung gibt. Derartige Informationen können nicht von der Messung der Magnetfeldstärke allein abgeleitet werden. Zweitens stimmt das Dichteprofil des umgebenden Mediums um alle vier GRBs mit einem Wind-Profil überein, welches im Kollapsar-Modell erwartet wird. Bisherige Studien haben gezeigt, dass das Dichteprofil normalerweise mit einem ISM-Profil übereinstimmt. Ich zeige hiermit, dass Radio und Sub-mm Daten eine Schlüsselrolle bei der eindeutigen Bestimmung des Dichteprofiles spielen.     «

Gammastrahlenausbrüche (Englisch: Gamma-Ray Burst, GRB) werden als hochenergetische Gammastrahlung beobachtet, deren isotropisches Energieäquivalent von etwa 10¹⁰ - 10⁵⁴ erg in nur wenigen Sekunden emittiert wird. Dieser Gammaemission folgt ein lang anhaltendes Nachglühen, welches bei längeren Wellenlängen, von Radiowellen bis Röntgenstrahlung, gemessen wird. Das relativistische Feuerballmodell, das die anfängliche Gammastrahlung und das Nachglühen beschreibt, ist trotz anhaltender Diskussionen...     »