伽玛暴 x 射线耀发

51
伽伽伽 X 伽伽伽伽 伽伽伽 伽伽伽伽伽伽伽伽伽伽伽 伽伽 伽伽“伽伽 伽伽 伽伽伽伽伽伽伽伽伽” -- 伽伽伽 : 伽伽 伽伽伽伽 伽伽伽伽 伽伽伽伽 伽伽伽伽 伽伽 、、、、、 首首首首首 首首首首首首首首首首首 首首首首首 2006-4-23

Upload: maxima

Post on 20-Jan-2016

105 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

伽玛暴 X 射线耀发. 吴雪峰       中国科学院紫金山天文台  紫台-南大“粒子-核-宇宙学联合研究中心” 合作者 : 陆埮、戴子高、冯珑珑、黄永锋、王祥玉、张冰. 首届黑洞天体物理前沿问题年度研讨会 北京高能所 2006-4-23. 内容. 1997-2005 伽玛暴研究进展 X 射线耀发的中心能源机制 X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释. 内容. 1997-2005 伽玛暴研究进展 X 射线耀发的中心能源机制 X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释. 伽玛暴现象. 伽玛暴的空间各向同性分布. 伽玛暴光变曲线. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴X 射线耀发

吴雪峰      中国科学院紫金山天文台  紫台-南大“粒子-核-宇宙学联合研究中心”合作者 : 陆埮、戴子高、冯珑珑、黄永锋、王祥玉、张冰

首届黑洞天体物理前沿问题年度研讨会 北京高能所 2006-4-23

Page 2: 伽玛暴 X 射线耀发

内容 1997-2005 伽玛暴研究进展

X 射线耀发的中心能源机制

X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释

Page 3: 伽玛暴 X 射线耀发

内容 1997-2005 伽玛暴研究进展

X 射线耀发的中心能源机制

X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释

Page 4: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴现象

Page 5: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴的空间各向同性分布

Page 6: 伽玛暴 X 射线耀发

轮廓复杂、无规则

持续时间~ 毫秒 – 千秒

光变时标~ 1 毫秒 , 甚至 ~ 0.1 毫

伽玛暴光变曲线

Page 7: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴非热辐射能谱

Page 8: 伽玛暴 X 射线耀发

2 类伽玛暴:长暴和短暴

短暴 长暴2 s

Page 9: 伽玛暴 X 射线耀发

第一个伽玛暴余辉: GRB970228

t -1.3

Costa et al., 1997, Nature, 387, 783

长暴余辉的发现1997 年 Science十大科技进展之一

Page 10: 伽玛暴 X 射线耀发

t -2.0

t -1.1

Akerlof et al., 1999, Nature, 398, 400

GRB 990123 光学闪的发现1999 年 Science十大科技进展之一

Page 11: 伽玛暴 X 射线耀发

GRB 030329 和超新星 SN 2003dh 成协的发现

Hjorth et al., 2003, Nature, 423, 847

2003 年 Science十大科技进展之一

Page 12: 伽玛暴 X 射线耀发

短暴余辉的发现

Gehrels et al., Nature 437, 851

GRB 050509BX 射线余辉

2005 年 Science十大科技进展之一

GRB 050709光学余辉 faint SN Ic

t -1.33+-0.45

Hjorth et al., Nature 437, 859

Page 13: 伽玛暴 X 射线耀发

1. 红移较低 (050509b,z=0.225;050709,z=0.16;050724,z=0.257;050823,z=0.722;051221

,z=0.546) ;2. 典型的各向同性能量为 1048 – 1050 erg, 比长暴低 2-3

个量级 (051221 除外 ,1051.3 erg,MHD?,Prof.Wang DX ) ;3. 不与超新星成协(无超新星增量成分);4. 宿主星系为年龄较老、恒星形成较少的椭圆星系或不规

则星系( 051221 SFR 较高 ,1.5Msun/yr );5. 短暴发生在宿主星系外围( 051221 除外); 基本支持 NS-NS ( NS-BH ) 并合模型 !

短暴的基本性质

Page 14: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴-余辉的过渡: GRB tail 辐射

Tagliaferri et al., Nature 436, 985

t -3.15+-0.22

t -0.82+-0.07

Page 15: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴-余辉的过渡: GRB tail 辐射

Tagliaferri et al., Nature 436, 985

t -3.15+-0.22

t -0.82+-0.071/tail emission

Page 16: 伽玛暴 X 射线耀发

翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American

Page 17: 伽玛暴 X 射线耀发

翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American

Page 18: 伽玛暴 X 射线耀发

翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American

Page 19: 伽玛暴 X 射线耀发

Wu, Dai, Huang & Lu 2005, ApJ, 619, 968

标准模型下的余辉光变曲线

X-ray X-ray

radio radio

均匀星际介质 自由星风

Page 20: 伽玛暴 X 射线耀发

高红移伽玛暴 GRB 050904@z=6.295

Haislip, et al., 2006, Nature, 440, 182

Page 21: 伽玛暴 X 射线耀发

Kawai, et al., 2006, Nature, 440, 184

高红移伽玛暴 GRB 050904@z=6.295

t=3.4days,t = 4 hrs,

Page 22: 伽玛暴 X 射线耀发

Piro et al., 2005, ApJ 623, 314

GRB 011121 GRB 011211

X 射线耀发: BeppoSAX 的早期观测

Page 23: 伽玛暴 X 射线耀发

Burrows et al., 2005, Science 309, 1833

XRF 050406 GRB 050502B

t9.5

t-9.5

t-0.8

t-1.6

t-0.5

X 射线耀发: Swift的发现

长暴

Page 24: 伽玛暴 X 射线耀发

Villasenor et al., Nature 437, 855

GRB 050709

X 射线耀发: Swift的发现

GRB 050724

Barthelmy et al., 2005, Nature 438, 994

短暴

Page 25: 伽玛暴 X 射线耀发
Page 26: 伽玛暴 X 射线耀发

X 射线耀发和变平的基本性质1. Swift探测到的 X 射线余辉中有 1/2 存在 X 射线耀发; 中心能源间歇性“重启动” !

2. 一个暴内的 X 射线耀发次数不定;3. 一次 X 射线耀发能 / 瞬时伽玛暴辐射能 0.1 – 1.0 ;4. 耀发的时标 t<< 余辉时标 t ,且越晚的耀发其 t 越长;5. 短暴中 X 射线耀发出现在 t >100 秒, 对 NS-NS ( NS-BH ) 并合模型提出了挑

战 !

6. Swift探测到的 X 射线余辉中有 2/3 存在 X 射线变平, 中心能源对余辉的持续能量注入 !

7. X 射线闪和变平反相关;

Page 27: 伽玛暴 X 射线耀发

早期 X 射线余辉的分类

O’Brien et al., 2006, astro-ph/0601125

有 flare无hump

无 flare无hump

有 flare有hump

无 flare有hump

Page 28: 伽玛暴 X 射线耀发

内容 1997-2006 伽玛暴研究进展

X 射线耀发的中心能源机制

X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释

Page 29: 伽玛暴 X 射线耀发

快转塌缩星核心碎裂模型

King et al., 2005, ApJ 630, L113

stellar core

X 射线耀发出现的时间:

Page 30: 伽玛暴 X 射线耀发

MacFadyen et al., astro-ph/0510192

t=10s

t=42s

t=184s

伴星激波加热模型 — 短暴 100s 后的 X 耀发

Page 31: 伽玛暴 X 射线耀发

超吸积模型

Perna, Armitage, & Zhang, ApJL (astro-ph/0511506)

引力潮汐力矩 > 粘滞力矩 , 吸积盘中形成环形间隙 ,其中的团块质量为:

B H

Page 32: 伽玛暴 X 射线耀发

其它模型:1. 黑洞“磁势垒”模型 ; (Proga & Zhang, astro-ph/0601272 )2. 火球中子、质子退耦模型 (Dermer & Atoyan, astro-ph/0601142)

Page 33: 伽玛暴 X 射线耀发

双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型

Page 34: 伽玛暴 X 射线耀发

双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型(短暴)

Page 35: 伽玛暴 X 射线耀发

大质量中子星存在的可能性分析:理论

Morrison, Baumgarte, & Shapiro,

2004, ApJ, 610, 941

Page 36: 伽玛暴 X 射线耀发

大质量中子星存在的可能性分析:观测

Morrison, Baumgarte, & Shapiro, 2004, ApJ, 610, 941

2.8Msun 的中子星有可能存在

Page 37: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

B-field (initially poloidal) 大质量中子星

可忽略

Page 38: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

B-field (poloidal)

大质量中子星

B-field (toroidal)

Page 39: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

大质量中子星

磁浮力达到临界值

B-field (poloidal)

B-field (toroidal)

Page 40: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

净力密度:

浮出中子星表面的时间:

B-field (toroidal)

B-field (poloidal)

Page 41: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

浮出物的能量和最大质量:

浮出物洛仑兹因子下限:

B-field (toroidal)

B-field (poloidal)

Page 42: 伽玛暴 X 射线耀发

core

crust

Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

理论上:

观测上: (050709,050724)

B-field (poloidal)

Page 43: 伽玛暴 X 射线耀发

内容 1997-2006 伽玛暴研究进展

X 射线耀发的中心能源机制

X 射线耀发时变的“滞后内激波和外激波”解释

Page 44: 伽玛暴 X 射线耀发

Burrows et al., 2005, Science 309, 1833

GRB 050502Bt9.5

t-9.5

t-0.8

Page 45: 伽玛暴 X 射线耀发

Wu, Dai, Wang, Huang, Feng & Lu, astro-ph/0512555

X 射线耀发的 t_0 效应

Page 46: 伽玛暴 X 射线耀发

伽玛暴早期余辉的内禀光变曲线

Page 47: 伽玛暴 X 射线耀发

滞后内激波模型 (LIS) : Burrows et al. 2005; Zhang et al.2005,Fan & Wei2005;滞后外激波模型 (LES): Piro et al.2005, Galli & Piro2006;

X 射线耀发:滞后的内、外激波模型

早期喷出物

晚期喷出物

内激波:伽玛暴?

内激波:X 射线耀发 (LIS) ?

早期喷出物的外激波 (LES)?

晚期喷出物追上早期喷出物-内激波,抑或能量注入 ?

Page 48: 伽玛暴 X 射线耀发
Page 49: 伽玛暴 X 射线耀发
Page 50: 伽玛暴 X 射线耀发
Page 51: 伽玛暴 X 射线耀发

谢谢!