Спинары и центральная машина гамма

Спинары и центральная
машина гамма-всплесков
всех типов
В.М.Липунов и Е.С.Горбовской
ГАИШ, МГУ
Свидетельства продолжительной
работы центральной машины гаммавсплесков
• ранние предвестники (до 200сек)
• удаленные рентгеновские вспышки
Предвестники
Lazzati, D. Precursor activity in bright, long BATSE gamma-ray
bursts. MNRAS 357, 722-731 (2005).
Ренгтеновские вспышки
Chincarini, G., et al., The First Survey of X-ray Flares from Gamma Ray
Bursts
Observed by Swift: Temporal Properties and Morphology. (astro-ph
0702371) (2007).
И еще вспышки
История спинара
•
•
•
Важность учета магнитовращательных эффектов в процессе коллапса впервые
отмечалась в связи с проблемой энерговыделения и эволюции квазаров (Хойл
и Фаулер, 1963; Озерной, 1966; Морисон, 1969; Озерной и Усов, 1973) и
проблемой сброса оболочки сверхновых звезд (Бисноваты-Коган; 1971,
LeBlance & Wilson 1970).
В частности отмечалось, что коллапс звезды, обладающей значительным
вращательным моментом, может сопровождаться образованием
квазистатического объекта - спинара – равновесие которого поддерживается
центробежными силами. Острайкер (1970) и Липунов (1983) предполагали
существование маломассивных спинаров с околосолнечной массой. Ускорение
и замедление спинаров в процессе аккреции подробно рассмотрено в работе
Lipunov, 1987.
Модель спинара, учитывающая релятивистские эффекты (включая
исчезновение магнитного поля при образовании черной дыры) была
построена в работе Lipunova G.V. (1997), где дан подробный обзор работ по
теории спинаров и сделана попытка приложения модели спинара к явлению
гамма-всплеска.
Спинары и гамма-всплески:
Долговременная активность центральной машины была
предсказана
• Lipunova, G.V. A burst of electromagnetic
radiation from a collapsing magnetized star.
Astronomy Letters 23, 84-92 (1997).
• Lipunova, G.V. & Lipunov, V.M. Formation
of a gravitationally bound object after binary
neutron star merging and GRB phenomena.
Astron. Astrophys. 329, L29-L32 (1998).
Спинар-парадигма
a0 
I0 c
2
GM core
m 
Um
2
GM core
RA
E B  GM 2 / 2  (1 / 2a02 ) M core c 2
dI / dt  U m
L  dI / dt  U m  R 5 / 2
L
 m c5
5
0
a G
(1  t t C ) 3 / 5
2
RB2  GM core
/ RB
Гамма-всплески и сопутствующие события
Нестационарная псевдоньютоновская модель
магнитовращательного коллапса
d 2R
 Fgr  Fc  Fnuclear  Fdiss
dt 2
Fgr  
GM ( x 2  2ax  a 2 ) 2
x 3 ( x ( x  2)  a ) 2
x  2R / Rg
Mukhopadhyay (2002)

Fnuclear 
1 dP
P

 dr R
P   ( c  b
4
Fdiss  

K

Rmin
2/3
1 dR
 dt
Bz B dS
4
2

  2 

1
 4 
b

 3 
 (Q / M )  c )
2
2
 B B RdR
z
Rmin
 2
dI
2
 3  t 2
dt
Rc
GM
K  t
2
3
t
R
2/3
G 2 M Class
4/3
=0.04.

R  Rc  GM  2

1/ 3
see Lipunov, 1987
Параметры нейтронных звезд
Эволюция магнитного поля
и мощность центральной машины
  0
 ~ BR 3 ~ BR 2 R ~ R
 R0   ( x0 )

 R   ( x)
R  Rmin 2
R0  Rmin 2
2
 ~ 0 
L0 
L0 
1

kM
2
3
Rmin
 ( x) 
1
1
 2  ln( 1  1 / x)
x 2x
Гинзбург и Озерной (1963):
dR
dt

L   2 L0

x 2  a 2  2x
x2  a2
Thorne et al., 1986
Коллапс ядра большой массы
(M > MOV).
Расчет коллапса
ядра с массой 7
масс Солнца
Сверху вниз: эенрговыделение для
бесконечно
удаленного
наблюдателя, радиус, керовский
параметр и напряженность среднего
магнитного поля.
Микроструктура
Энерговыделение в процессе коллапса ядра с массой 7
масс Солнца
Коллапс ядра
малой массы
M<MOV
Результаты расчета
энерговыделения (светимостьвремя в логарифмических
координатах) в процессе коллапса
ядра в нейтронную звезду с
массой 1.5 масс Солнца при
различных значениях начального
параметра Керра (a) и начального
отношения энергии магнитного
поля к гравитационной энергии
(). Начальный радиус ядра
выбирался равным 1000Rg.
Первая вспышка соответствует
образованию спинара, вторая –
образованию нейтронной звезды.
В конце эергновыление всегла
выходит на магнитодипольный
закон, соответсвующий
замедлению нейтронной звезды –
пульсара.
Зависимость комбинации времени
гамма-всплеска помноженной на
отношщение энергии гамма-всплеска
к энергии прекурсора от времени
прекрсора. Заполненными кружками
показаны наблюдения по данным
BATSE (Lazzati, 2002) и двух
аутсендинг вспелсков: короткого
(GRB041116) и длинного (GRB
060124). Использованы данные по
флюинсам, а отношение углов
раскрытия прекурсора и гаммавсплеска приняты одинаковми.
Крестиками показаны
симулированные гамма-всплески с
прекурсорами для ядра с массой 7
масс солнца. При этом эффективный
параметр Керра менялся от 7 и до 20 ,
а магнитное поле в пределах: 10-2--10-6.
Наблюдаемое отношение флюнса GRB к пиковой светимости во время
впышки от времения впышки (8a) по данным (Lazzati, D., 2005), дополненное
двумя интересными всплесками GRB 060124 (Romano, P et al 2006) и GRB
041116 (Golenetskii, et al GCN2835). Теоретичское отновшение для
смоделированных гамма-всплесков (8b) . При расчете преполагалось, что
масса ядра равна 7 массам солнца, параметр Керра менялся в перделах (2-7),
и магнитное энергия от 0.01 до 10-7.
Сверхдлинное рентгеновское
плато
Среди нескольких сотен гамма-всплесков –
два GRB070110 and GRB050904 не
вписываются
в
обычную
картину
формирования X-Ray afterglow. У обоих
всплесков обнаружено обширное плато
тянущееся
до
6000-7000
секунд
в
собственной системе отсчета. Troja et al.
(2007) предположили, что столь длительное
проявление
активности
связали
с
особенностями central engine и конкретно с
образованием нейтронной звезды после
коллапса ядра малой массы (меньше
предела Оппенгеймера-Волкова).
Сверхдлинное плато
0 4
GRB 060926
(оптическая вспышка
открыта МАСТЕРом)
Красное смещение 3.208
(V.D'Elia et al GCN5637).
На рис. приведены
данные оптических и
рентгеновских
наблюдений впышки. И
теоретический расчет в
модели спинара с
парметрами a0=7.6 и .
Заключенние
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Показано, как сопутствующие гамма-всплескам явления интерпретируются в модели
спинара.
Предложена простая физически прозрачная модели образования и коллапса спинара
учитывающая следующие эффекты
-центробежный барьер
-диссипация вращательного момента
-релятивистское исчезновение магнитного поля
-эффекты увлечения систем отсчета
-гравитационное красное смещение
-давление ядерной материи
Имеется удовлетворительное соответствие между статистическими свойствами
Предвестников и рентгеновских вспышек.
Дано объяснение явлению сверхдлинного рентгеновского плато
Показано, что рентгеновские телескопы фиксировали в течении часа излучение объекта
радиус которого меньше радиуса Шварцшильда