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伽玛射线暴（简称伽玛暴）是来自宇宙空间的伽玛射线在短时间内突然增强的高能爆发现象。在1973年被Vela卫星发现以来，伽玛暴就一直是天体物理领域中最大的谜之一。伽玛暴之谜中最迫切需要解决的就是它的距离和起源问题。Compton伽玛射线天文台在上个世纪90年代早期和中期的观测结果已表明伽玛暴最有可能是宇宙学起源。伽玛暴研究时代的真正到来是在1997年，这一年由于意大利和荷兰联合研制的BeppoSAX卫星精确定位使得长时标（持续时间大于2秒）伽玛暴的X射线、光学及射电等多波段余辉被一一发现。伽玛暴宿主星系在余辉变暗后也被探测到。由光学余辉中的吸收线或宿主星系的发射线得到的红移明确无误地证实了伽玛暴确实是宇宙学起源。在过去的几年中，伽玛暴本身和余辉在观测和理论上都取得了重大突破．在观测上，伽玛暴的一个低能分支－X射线闪－被发现，长暴和超新星成协被证实并且有关证据不断累积。在理论上，长暴的大质量塌缩星模型以及短暴的双中子星合并模型被详细研究，余辉的标准冲击波模型已经建立，解释观测到多种形式余辉行为的后标准效应也被广泛探索，伽玛暴及余辉中喷流的存在被普遍接受，伽玛暴喷流的真实能量～10<51>尔格在理论家和观测家之间也达成共识。
本论文的研究集中在伽玛暴的余辉方面。基于标准的冲击波模型，本论文就余辉的以下几个方面进行了研究，包括喷流效应、环境效应以及辐射机制等。这些研究涉及的时间尺度从极早期余辉到中晚期余辉，涉及的频率从最低的射电波段一直到X射线波段。论文的具体组成如下：
第一章是伽玛暴领域的综述，全面而系统地介绍了伽玛暴及余辉的观测与理论，内容包括伽玛暴、余辉和宿主星系的观测，伽玛暴的火球模型，激波物理和非热辐射机制，伽玛暴内激波、极早期余辉的正反激波过程，余辉的标准模型以及后标准效应，伽玛暴中的高能粒子，伽玛暴能源机制，等等。本人即将投稿或参与的一些工作也在这一章的相关部分作简介。
从第二章到第五章是本人在余辉方面的几个工作。在第二章我们详细研究了星风环境下火球壳层与星风介质形成正反激波所产生的光学闪和极早期余辉。对于以往文献中所取的典型星风密度，计算得到的光学闪流量远远高于观测值。因此我们指出伽玛暴周围的星风应该比较弱。我们还发现星风情形下正反激波中的同步自吸收效应非常强，甚至影响到光学波段。
在第三章我们对观测到的10多个光学余辉在光变曲线拐折处的流量密度和拐折时间进行了统计，发现两者之间存在很强的反相关。这种反相关正是标准喷流模型所预言的．我们用这一统计结果对余辉能量和激波物理参数作了限制．我们的结果不仅进一步肯定了伽玛暴喷流能量为常数，而且第一次证明不同余辉的激波物理参数基本相同。
在第四章我们得到了余辉统一模型的分析解．余辉统一模型是正确描述余辉从相对论到非相对论、适合于完全绝热或完全辐射的动力学演化模型（Huang, Dai&Lu 1999）。我们考虑了激波能量的辐射损失效应、同步自吸收效应以及同步自康普顿散射效应，得到了均匀介质和星风两种暴周环境下的余辉多波段光变曲线分析解。根据分析，我们指出激波能量损失在慢冷却阶段也非常显著。我们还得到同步自康普顿成分在X射线余辉中浮现出来所要求的环境介质密度下限。
在第五章我们详细研究了双成分喷流模型下的光学余辉光变曲线和偏振演化。光学余辉的偏振演化特别是偏振角随时间的变化主要取决于双成分物理量之间的比例以及喷流的侧向膨胀情况，但也依赖于观测者视线所处的方位。我们用无侧向膨胀的双成分喷流并假设观测者视线稍稍偏离中心成分对GRB 020813的光学余辉光变曲线和偏振演化曲线作了较满意的拟合。
最后，在第六章中我们总结了目前伽玛暴研究领域中还存在的一些问题，并对现在已经开始工作的Swift卫星和将来要发射的GLAST卫星作一下介绍。这两颗卫星将带来这些问题的答案，甚至带来意想不到的新发现。我们还对伽玛暴与宇宙学的交叉领域在现阶段的研究状况和未来发展作一下总结。