伽玛暴X射线耀发PPT课件

1、内容内容 1997-2005伽玛暴研究进展伽玛暴研究进展 X射线耀发的中心能源机制射线耀发的中心能源机制 X射线耀发时变的射线耀发时变的“滞后内激波和外激波滞后内激波和外激波”解释解释第1页/共50页伽玛暴现象伽玛暴现象第2页/共50页伽玛暴的空间各向同性分布伽玛暴的空间各向同性分布第3页/共50页轮廓轮廓复杂、无规则复杂、无规则 持续时间持续时间 毫秒毫秒 千秒千秒光变时标光变时标 1毫秒, 甚至甚至 0.1毫秒伽玛暴光变曲线伽玛暴光变曲线第4页/共50页伽玛暴非热辐射能谱伽玛暴非热辐射能谱第5页/共50页2类伽玛暴：长暴和短暴类伽玛暴：长暴和短暴短暴短暴长暴长暴2 s第6页/共50页第一个

2、伽玛暴余辉：GRB970228t -1.3Costa et al., 1997, Nature, 387, 783长暴余辉的发现长暴余辉的发现1997年Science十大科技进展之一第7页/共50页t -2.0t -1.1Akerlof et al., 1999, Nature, 398, 400GRB 990123光学闪的发现光学闪的发现1999年Science十大科技进展之一第8页/共50页GRB 030329 和超新星和超新星SN 2003dh成协的成协的发现发现Hjorth et al., 2003, Nature, 423, 8472003年Science十大科技进展之一第9页/共5

3、0页短暴余辉的发现短暴余辉的发现Gehrels et al., Nature 437, 851GRB 050509BX射线余辉2005年Science十大科技进展之一GRB 050709光学余辉faint SN Ict -1.33+-0.45Hjorth et al., Nature 437, 859第10页/共50页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

4、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）； 基本支持基本支持 NS-NS（NS-BH） 并合模型并合模型 !短暴的基本性质短暴的基本性质第11页/共50页伽玛暴余辉的过渡：伽玛暴余辉的过渡：GRB tail辐射辐射Tagliaferri et al., Nature 436, 985t -3.15+-0.22t -0.82+-0.07第12页/共50页伽玛暴余辉的过渡：伽玛暴余辉的过渡：

5、GRB tail辐射辐射Tagliaferri et al., Nature 436, 985t -3.15+-0.22t -0.82+-0.071/tail emission第13页/共50页翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American第14页/共50页翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American第15页/共50页翻译自Gehrels, Piro & Leonard 2002, Scientific American第16页/共50页Wu, Dai,

6、 Huang & Lu 2005, ApJ, 619, 968标准模型下的余辉光变曲标准模型下的余辉光变曲线线X-rayX-rayradioradio均匀星际介质自由星风第17页/共50页高红移伽玛暴高红移伽玛暴GRB 050904z=6.295Haislip, et al., 2006, Nature, 440, 182第18页/共50页Kawai, et al., 2006, Nature, 440, 184高红移伽玛暴高红移伽玛暴GRB 050904z=6.295t=3.4days,t = 4 hrs,第19页/共50页Piro et al., 2005, ApJ 623, 31

7、4GRB 011121GRB 011211X X射线耀发：射线耀发：BeppoSAX的早期观测的早期观测第20页/共50页Burrows et al., 2005, Science 309, 1833XRF 050406GRB 050502Bt9.5t-9.5t-0.8t-1.6t-0.5X X射线耀发：射线耀发：Swift的发现的发现长暴第21页/共50页Villasenor et al., Nature 437, 855GRB 050709X X射线耀发：射线耀发：Swift的发现的发现GRB 050724Barthelmy et al., 2005, Nature 438, 994短暴第

8、22页/共50页第23页/共50页X X射线耀发和变平的基本性质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； 中心能源间歇性中心能源间歇性“重启动重启动” !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t100秒， 对对 NS-NS（NS-BH） 并合模型提出了挑战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；第24页/共50页早期早期X X射线余辉的分类射线余辉的

9、分类OBrien et al., 2006, astro-ph/0601125有flare无hump无flare无hump有flare有hump无flare有hump第25页/共50页内容内容 1997-2006伽玛暴研究进展伽玛暴研究进展 X射线耀发的中心能源机制射线耀发的中心能源机制 X射线耀发时变的射线耀发时变的“滞后内激波和外激波滞后内激波和外激波”解释解释第26页/共50页快转塌缩星核心碎裂模型快转塌缩星核心碎裂模型King et al., 2005, ApJ 630, L113stellar coreX射线耀发出现的时间：第27页/共50页MacFadyen et al., ast

10、ro-ph/0510192t=10st=42st=184s伴星激波加热模型伴星激波加热模型 短暴短暴100s后的后的X耀发耀发第28页/共50页超吸积模型超吸积模型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第29页/共50页其它模型：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)第30页/共5

11、0页双中子星并合成大质量中子星的双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型磁重联模型第31页/共50页双中子星并合成大质量中子星的双中子星并合成大质量中子星的 磁重联模型（短暴）磁重联模型（短暴）第32页/共50页大质量中子星存在的可能性分析：理论大质量中子星存在的可能性分析：理论Morrison, Baumgarte, & Shapiro, 2004, ApJ, 610, 941第33页/共50页大质量中子星存在的可能性分析：观测大质量中子星存在的可能性分析：观测Morrison, Baumgarte, & Shapiro, 2004, ApJ, 610, 9412.8Msun

12、的中子星有可能存在的中子星有可能存在第34页/共50页corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127 B-field (initially poloidal)大质量中子星大质量中子星当可忽略第35页/共50页corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127 B-field (poloidal)大质量中子星大质量中子星 B-field (toroidal)第36页/共50页corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006

13、, Science, 311, 1127大质量中子星大质量中子星当磁浮力达到临界值 B-field (poloidal) B-field (toroidal)第37页/共50页corecrustDai, 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)第38页/共50页corecrustDai, 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-fie

14、ld (toroidal) B-field (poloidal)第39页/共50页corecrustDai, Wang, Wu & Zhang, 2006, Science, 311, 1127理论上：观测上：(050709,050724) B-field (poloidal)第40页/共50页内容内容 1997-2006伽玛暴研究进展伽玛暴研究进展 X射线耀发的中心能源机制射线耀发的中心能源机制 X射线耀发时变的射线耀发时变的“滞后内激波和外激波滞后内激波和外激波”解释解释第41页/共50页Burrows et al., 2005, Science 309, 1833GRB 050502Bt9.5t-9.5t-0.8第42页/共50页Wu, Dai, Wang, Huang, Feng & Lu, astro-ph/0512555X射线耀发的射线耀发的t_0效应效应第43页/共50页伽玛暴早期余辉的内禀光变曲线伽玛暴早期余辉的内禀光变曲线第44页/共50页滞后内激波模型(LIS)：Burrows et al. 2005; Zhang et al.2005,Fan &