伽玛暴
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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.

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伽玛暴 X 射线耀发

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Presentation Transcript


X

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


X

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


X

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


X

伽玛暴现象


X

伽玛暴的空间各向同性分布


X

伽玛暴光变曲线

  • 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


X

伽玛暴非热辐射能谱


X

2类伽玛暴:长暴和短暴

长暴

短暴

2 s


X

长暴余辉的发现

1997年Science十大科技进展之一

第一个伽玛暴余辉:GRB970228

t -1.3

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


Grb 990123

GRB 990123光学闪的发现

1999年Science十大科技进展之一

t -2.0

t -1.1

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


Grb 030329 sn 2003dh

GRB 030329 和超新星SN 2003dh成协的发现

2003年Science十大科技进展之一

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


X

短暴余辉的发现

2005年Science十大科技进展之一

GRB 050509B

X射线余辉

GRB 050709

光学余辉

faint SN Ic

t -1.33+-0.45

Gehrels et al., Nature 437, 851

Hjorth et al., Nature 437, 859


X

短暴的基本性质

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 !


X

伽玛暴-余辉的过渡:GRB tail辐射

t -3.15+-0.22

t -0.82+-0.07

Tagliaferri et al., Nature 436, 985


X

伽玛暴-余辉的过渡:GRB tail辐射

t -3.15+-0.22

t -0.82+-0.07

1/

tail emission

Tagliaferri et al., Nature 436, 985


X

翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American


X

翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American


X

翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American


X

标准模型下的余辉光变曲线

均匀星际介质

自由星风

X-ray

X-ray

radio

radio

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


X

高红移伽玛暴GRB [email protected]=6.295

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


X

高红移伽玛暴GRB [email protected]=6.295

t=3.4days,

t = 4 hrs,

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


X

X射线耀发:BeppoSAX的早期观测

GRB 011211

GRB 011121

Piro et al., 2005, ApJ 623, 314


X

X射线耀发:Swift的发现

t9.5

t-9.5

t-1.6

t-0.8

XRF 050406

GRB 050502B

t-0.5

长暴

Burrows et al., 2005, Science 309, 1833


X

X射线耀发:Swift的发现

短暴

GRB 050709

GRB 050724

Villasenor et al., Nature 437, 855

Barthelmy et al., 2005, Nature 438, 994


X

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;


X

早期X射线余辉的分类

无flare

有hump

有flare

无hump

无flare

无hump

有flare

有hump

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


X

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


X

快转塌缩星核心碎裂模型

stellar core

X射线耀发出现的时间:

King et al., 2005, ApJ 630, L113


X

伴星激波加热模型

— 短暴100s后的X耀发

t=10s

t=42s

t=184s

MacFadyen et al., astro-ph/0510192


X

超吸积模型

B H

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:

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


X

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)


X

双中子星并合成大质量中子星的

磁重联模型


X

双中子星并合成大质量中子星的

磁重联模型(短暴)


X

大质量中子星存在的可能性分析:理论

Morrison, Baumgarte, & Shapiro,

2004, ApJ, 610, 941


X

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


X

B-field

(initially poloidal)

大质量中子星

可忽略

core

crust

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


X

大质量中子星

B-field

(poloidal)

core

B-field

(toroidal)

crust

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


X

磁浮力达到临界值

大质量中子星

B-field

(poloidal)

core

B-field

(toroidal)

crust

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


X

净力密度:

浮出中子星表面的时间:

B-field

(poloidal)

core

B-field

(toroidal)

crust

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


X

浮出物的能量和最大质量:

浮出物洛仑兹因子

下限:

B-field

(poloidal)

core

B-field

(toroidal)

crust

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


X

理论上:

观测上:

(050709,050724)

B-field

(poloidal)

core

crust

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


X

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


X

GRB 050502B

t9.5

t-9.5

t-0.8

Burrows et al., 2005, Science 309, 1833


X

X射线耀发的t_0效应

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


X

伽玛暴早期余辉的内禀光变曲线


X

X射线耀发:滞后的内、外激波模型

晚期

喷出物

早期

喷出物

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?

内激波:

X射线耀发(LIS)?

内激波:

伽玛暴?

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

谢谢!


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