伽瑪暴X射線耀發(fā)

1、伽瑪暴伽瑪暴X X射線耀發(fā)射線耀發(fā) 吳雪峰吳雪峰中國科學(xué)院紫金山天文臺中國科學(xué)院紫金山天文臺 紫臺南大紫臺南大“粒子核宇宙學(xué)聯(lián)合研究中心粒子核宇宙學(xué)聯(lián)合研究中心”合作者合作者: 陸埮、戴子高、馮瓏瓏、黃永鋒、王祥玉、張冰陸埮、戴子高、馮瓏瓏、黃永鋒、王祥玉、張冰首屆黑洞天體物理前沿問題年度研討會 北京高能所 2006-4-23內(nèi)容內(nèi)容v1997-2005伽瑪暴研究進(jìn)展伽瑪暴研究進(jìn)展vX射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制vX射線耀發(fā)時變的射線耀發(fā)時變的“滯后內(nèi)激波和外激波滯后內(nèi)激波和外激波”解釋解釋內(nèi)容內(nèi)容v1997-2005伽瑪暴研究進(jìn)展伽瑪暴研究進(jìn)展vX射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制射線耀

2、發(fā)的中心能源機(jī)制vX射線耀發(fā)時變的射線耀發(fā)時變的“滯后內(nèi)激波和外激波滯后內(nèi)激波和外激波”解釋解釋伽瑪暴現(xiàn)象伽瑪暴現(xiàn)象伽瑪暴的空間各向同性分布伽瑪暴的空間各向同性分布輪廓輪廓復(fù)雜、無規(guī)則復(fù)雜、無規(guī)則 持續(xù)時間持續(xù)時間 毫秒毫秒 千秒千秒光變時標(biāo)光變時標(biāo) 1毫秒毫秒, 甚至甚至 0.1毫秒毫秒伽瑪暴光變曲線伽瑪暴光變曲線伽瑪暴非熱輻射能譜伽瑪暴非熱輻射能譜2類伽瑪暴：長暴和短暴類伽瑪暴：長暴和短暴短暴短暴長暴長暴2 s第一個伽瑪暴余輝：GRB970228t -1.3Costa et al., 1997, Nature, 387, 783長暴余輝的發(fā)現(xiàn)長暴余輝的發(fā)現(xiàn)1997年Science十大科技進(jìn)

3、展之一t -2.0t -1.1Akerlof et al., 1999, Nature, 398, 400GRB 990123光學(xué)閃的發(fā)現(xiàn)光學(xué)閃的發(fā)現(xiàn)1999年Science十大科技進(jìn)展之一GRB 030329 和超新星和超新星SN 2003dh成協(xié)的發(fā)現(xiàn)成協(xié)的發(fā)現(xiàn)Hjorth et al., 2003, Nature, 423, 8472003年Science十大科技進(jìn)展之一短暴余輝的發(fā)現(xiàn)短暴余輝的發(fā)現(xiàn)Gehrels et al., Nature 437, 851GRB 050509BX射線余輝射線余輝2005年Science十大科技進(jìn)展之一GRB 050709光學(xué)余輝光學(xué)余輝faint S

4、N Ict -1.33+-0.45Hjorth et al., Nature 437, 8591. 紅移較低 (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為1048 1050 erg, 比長暴低2-3個量級(051221除外,1051.3 erg,MHD?,Prof.Wang DX )；3. 不與超新星成協(xié)（無超新星增量成分）；4. 宿主星系為年齡較老、恒星形成較少的橢圓星系或不規(guī)則星系（051221 SFR較高,1.5Msun/yr）；5. 短暴發(fā)生在宿主星系

5、外圍（051221除外）； 基本支持基本支持 NS-NS（NS-BH） 并合模型并合模型 !短暴的基本性質(zhì)短暴的基本性質(zhì)伽瑪暴余輝的過渡：伽瑪暴余輝的過渡：GRB tail輻射輻射Tagliaferri et al., Nature 436, 985t -3.15+-0.22t -0.82+-0.07伽瑪暴余輝的過渡：伽瑪暴余輝的過渡：GRB tail輻射輻射Tagliaferri et al., Nature 436, 985t -3.15+-0.22t -0.82+-0.071/tail emission翻譯自翻譯自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Sci

6、entific American翻譯自翻譯自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American翻譯自翻譯自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific AmericanWu, Dai, Huang & Lu 2005, ApJ, 619, 968標(biāo)準(zhǔn)模型下的余輝光變曲線標(biāo)準(zhǔn)模型下的余輝光變曲線X-rayX-rayradioradio均勻星際介質(zhì)均勻星際介質(zhì)自由星風(fēng)自由星風(fēng)高紅移伽瑪暴高紅移伽瑪暴GRB 050904z=6.295Haislip, et al., 2006, Nature,

7、 440, 182Kawai, et al., 2006, Nature, 440, 184高紅移伽瑪暴高紅移伽瑪暴GRB 050904z=6.295t=3.4days,t = 4 hrs,Piro et al., 2005, ApJ 623, 314GRB 011121GRB 011211X X射線耀發(fā)：射線耀發(fā)：BeppoSAX的早期觀測的早期觀測Burrows et al., 2005, Science 309, 1833XRF 050406GRB 050502Bt9.5t-9.5t-0.8t-1.6t-0.5X X射線耀發(fā)：射線耀發(fā)：Swift的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)長暴Villasenor et

8、 al., Nature 437, 855GRB 050709X X射線耀發(fā)：射線耀發(fā)：Swift的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)GRB 050724Barthelmy et al., 2005, Nature 438, 994短暴X X射線耀發(fā)和變平的基本性質(zhì)射線耀發(fā)和變平的基本性質(zhì)1. Swift探測到的X射線余輝中有1/2存在X射線耀發(fā)； 中心能源間歇性中心能源間歇性“重啟動重啟動” !2. 一個暴內(nèi)的X射線耀發(fā)次數(shù)不定；3. 一次X射線耀發(fā)能/瞬時伽瑪暴輻射能0.1 1.0；4. 耀發(fā)的時標(biāo)t100秒， 對對 NS-NS（NS-BH） 并合模型提出了挑戰(zhàn)并合模型提出了挑戰(zhàn) !6. Swift探測到的X射線

9、余輝中有2/3存在X射線變平， 中心能源對余輝的持續(xù)能量注入中心能源對余輝的持續(xù)能量注入 ! 7. X射線閃和變平反相關(guān)；早期早期X X射線余輝的分類射線余輝的分類OBrien et al., 2006, astro-ph/0601125有有flare無無hump無無flare無無hump有有flare有有hump無無flare有有hump內(nèi)容內(nèi)容v1997-2006伽瑪暴研究進(jìn)展伽瑪暴研究進(jìn)展vX射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制vX射線耀發(fā)時變的射線耀發(fā)時變的“滯后內(nèi)激波和外激波滯后內(nèi)激波和外激波”解釋解釋快轉(zhuǎn)塌縮星核心碎裂模型快轉(zhuǎn)塌縮星核心碎裂模型King et al., 20

10、05, ApJ 630, L113stellar coreX射線耀發(fā)出現(xiàn)的時間：MacFadyen et al., astro-ph/0510192t=10st=42st=184s伴星激波加熱模型伴星激波加熱模型 短暴短暴100s后的后的X耀發(fā)耀發(fā)超吸積模型超吸積模型Perna, Armitage, & Zhang, ApJL (astro-ph/0511506)引力潮汐力矩粘滯力矩,吸積盤中形成環(huán)形間隙,其中的團(tuán)塊質(zhì)量為：B H其它模型：其它模型：1. 黑洞“磁勢壘”模型; (Proga & Zhang, astro-ph/0601272）2. 火球中子、質(zhì)子退耦模型 (De

11、rmer & Atoyan, astro-ph/0601142)雙中子星并合成大質(zhì)量中子星的雙中子星并合成大質(zhì)量中子星的 磁重聯(lián)模型磁重聯(lián)模型雙中子星并合成大質(zhì)量中子星的雙中子星并合成大質(zhì)量中子星的 磁重聯(lián)模型（短暴）磁重聯(lián)模型（短暴）大質(zhì)量中子星存在的可能性分析：理論大質(zhì)量中子星存在的可能性分析：理論Morrison, Baumgarte, & Shapiro, 2004, ApJ, 610, 941大質(zhì)量中子星存在的可能性分析：觀測大質(zhì)量中子星存在的可能性分析：觀測Morrison, Baumgarte, & Shapiro, 2004, ApJ, 610, 941

12、2.8Msun的中子星有可能存在的中子星有可能存在corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127 B-field (initially poloidal)大質(zhì)量中子星大質(zhì)量中子星當(dāng)可忽略corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127 B-field (poloidal)大質(zhì)量中子星大質(zhì)量中子星 B-field (toroidal)corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127

13、大質(zhì)量中子星大質(zhì)量中子星當(dāng)磁浮力達(dá)到臨界值 B-field (poloidal) B-field (toroidal)corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127凈力密度：浮出中子星表面的時間： B-field (toroidal) B-field (poloidal)corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127浮出物的能量和最大質(zhì)量：浮出物洛侖茲因子下限： B-field (toroidal) B-field (poloidal)corecr

14、ustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127理論上：觀測上：(050709,050724) B-field (poloidal)內(nèi)容內(nèi)容v1997-2006伽瑪暴研究進(jìn)展伽瑪暴研究進(jìn)展vX射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制射線耀發(fā)的中心能源機(jī)制vX射線耀發(fā)時變的射線耀發(fā)時變的“滯后內(nèi)激波和外激波滯后內(nèi)激波和外激波”解釋解釋Burrows et al., 2005, Science 309, 1833GRB 050502Bt9.5t-9.5t-0.8Wu, Dai, Wang, Huang, Feng & Lu, astro-ph/0512555X射線耀發(fā)的射線耀發(fā)的t_0效應(yīng)效應(yīng)伽瑪暴早期余輝的內(nèi)稟光變曲線伽瑪暴早期余輝的內(nèi)稟光變曲線滯后內(nèi)激波模型滯后內(nèi)激波模型(LIS)：