GRB明るさ分布の解析に先立ち、それに必要な宇宙の星形成史および銀河の光度密度の進化モデルを構築し、観測データとの整合性を調べた。その結果、赤方偏移(z)＝0-1での銀河の光度密度進化の観測と理論モデルの比較は宇宙論パラメータへの依存性が強いことがわかった。そこで、宇宙論パラメータに制限を加える新しい方法を提案し、現在のデータからはゼロでない宇宙定数のある宇宙モデルが好まれることを示した。近年、宇宙年齢問題などから、ゼロでない宇宙定数のある宇宙モデルが脚光を浴びていることもあり、今回の結果は非常に示唆に富むものである。

　楕円銀河の標準的な形成のシナリオは、z>1での爆発的星形成によるものである。しかし、今回の理論モデルと最近の高赤方偏移の星形成率の観測の比較により、楕円銀河形成論で期待される非常に高い星形成率は観測データに比べはるかに高いという問題が明らかになった。また、z<1での楕円銀河の数密度が進化しており、標準的な楕円銀河形成のシナリオと矛盾するという解析結果がKauffmanらによって昨年提出されたが、こうした結果は標準モデルに反し、楕円銀河が比較的最近(z<1)に形成された可能性を示唆する。我々はこの可能性を詳しく調べるため、z<1の銀河の数密度変化を詳細に調べた。その結果、楕円銀河だけでなく、多くの銀河について数密度変化は見られなかった。これは、z<1では銀河の数密度変化につながる衝突や合体などのプロセスは重要なものではないことを示唆している。Kauffmanらと全く異なる結果だが、彼女らの解析の問題点も明らかにした。また、高赤方偏移で星形成率の観測値が低いという問題は、紫外線観測における宇宙塵の影響などを考えれば解決されると考えられる。

　ガンマ線バーストは、発見以来25年以上たつにも関わらず未だにその正体が全く分からない謎の天体である。GRBの空間分布は非常に等方的であるが、明るさ分布では暗いものほど一様分布の期待値に比べ数が少なく、これはGRBが宇宙論的な距離にあると考えると説明できることは良く知られている。しかし、この明るさ分布は宇宙論的な効果の他に、GRBの発生頻度の時間的進化をも反映しているはずである。現在考えられているGRBのモデルのほとんどは、大質量星の最期の重力崩壊や中性子星生成に関連するものであるが、大質量星の寿命は宇宙論的な時間スケールに比べはるかに短い。従って、我々はまずGRBの明るさ分布は実は宇宙全体の星形成率の時間的進化、すなわち宇宙の星形成史を反映している可能性が高いことを指摘する。そして、この仮説に基づき、コンプトン衛星で観測されたGRBの明るさ分布と、近年急速に明らかになりつつある宇宙の星形成史との間の整合性を詳細に調べた。最もよく議論されているGRBのモデルは連星中性子星の合体である。まず、銀河の進化モデルに基づいて我々の計算した宇宙の星形成史を用い、連星中性子星合体の頻度進化を計算し、GRB分布と比較したところ、よく一致することを見いだした。この場合、星形成率が過去に向かって増大して行くために、ガンマ線バーストの距離指標が今まで考えられているよりも遠くなった。今までは最遠方のGRBの赤方偏移が1程度と考えられていたが、我々の結果では2から4程度である。一方、もしGRBが大質量星の重力崩壊に直接関係していれば、単純に星形成率とGRB発生頻度が比例すると期待されるが、この場合は観測されたGRB分布とは一致しなかった。この違いは、連星中性子星の合体説では、連星形成から合体までの時間の遅れにより、発生率の進化が星形成率と若干異なることによる。また、最近の紫外線観測データから、宇宙の星形成史を直接推定する試みがなされているが、この観測データはz＝0-1での星形成率の進化が急すぎて、GRB分布とは一致しない。ただ、GRBの絶対光度のばらつきや、紫外線観測における宇宙塵の影響などを考えると、観測されている星形成率進化とGRB分布を矛盾なく説明できる可能性もあり、この点は今後のGRB及び銀河観測の進展を待たねばならない。

　宇宙論的な距離にあるガンマ線バーストからもしTeV領域のガンマ線が放射されていても、それは銀河間赤外線背景放射との電子・陽電子対生成による強い吸収を受け、我々が観測することは極めて難しい。にもかかわらず、最近、幾つかの観測グループはGRBからのTeVガンマ線検出を示唆する報告を行っている。これらが事実とすれば、通常のkeV-MeV領域のガンマ線よりはるかに巨大なエネルギーがTeV領域で放出されていることになり、我々のガンマ線バーストの理解に大きな変更を迫る。

　我々は、このようなTeVガンマ線は10²⁰eVという超高エネルギー陽子によるシンクロトロン放射で放出されるというモデルを作り、無理なく説明することに成功した。従って、GRBからのTeVガンマ線観測が確定すれば、地上で観測される超高エネルギー宇宙線がGRBの中で加速されているという説に非常に強いサポートを与えることになる。ところで、超高エネルギー宇宙線のスペクトルにはGZKカットオフとよばれる特徴が見えるはずであるが、現在の観測データにはそれが明確に見えていないという問題点がある。今回のモデルでは、最大エネルギー付近の陽子のみがGRBを脱出できると予想され、これはちょうどGZKカットオフを打ち消す効果を持っており、この問題を解決する可能性もある。

　さらに、このモデルにより、1994年におきたGRB940217からの90分間に及ぶGeVガンマ線放射も自然に説明できることがわかった。また、このモデルで超高エネルギーガンマ線として放射された巨大なエネルギーは最終的にGeV領域の宇宙背景放射を形成すると期待されるが、そのフラックス、スペクトルともに観測されている銀河系外GeVガンマ線背景放射を説明できることを示した。