伽玛暴 x 射线耀发
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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 PresentationTRANSCRIPT
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
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
秒
伽玛暴光变曲线
伽玛暴非热辐射能谱
2 类伽玛暴:长暴和短暴
短暴 长暴2 s
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
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
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
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
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
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
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
翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American
翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American
翻译自 Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American
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
高红移伽玛暴 GRB 050904@z=6.295
Haislip, et al., 2006, Nature, 440, 182
Kawai, et al., 2006, Nature, 440, 184
高红移伽玛暴 GRB 050904@z=6.295
t=3.4days,t = 4 hrs,
Piro et al., 2005, ApJ 623, 314
GRB 011121 GRB 011211
X 射线耀发: BeppoSAX 的早期观测
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
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
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;
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
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
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:
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
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
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)
双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型
双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型(短暴)
大质量中子星存在的可能性分析:理论
Morrison, Baumgarte, & Shapiro,
2004, ApJ, 610, 941
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
core
crust
Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127
B-field (initially poloidal) 大质量中子星
当
可忽略
core
crust
Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127
B-field (poloidal)
大质量中子星
B-field (toroidal)
core
crust
Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127
大质量中子星
当
磁浮力达到临界值
B-field (poloidal)
B-field (toroidal)
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)
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)
core
crust
Dai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127
理论上:
观测上: (050709,050724)
B-field (poloidal)
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
Burrows et al., 2005, Science 309, 1833
GRB 050502Bt9.5
t-9.5
t-0.8
Wu, Dai, Wang, Huang, Feng & Lu, astro-ph/0512555
X 射线耀发的 t_0 效应
伽玛暴早期余辉的内禀光变曲线
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 ?
谢谢!