Анализ и моделирование свойств вторичного излучения гамма-всплесков

• Автор: Бадьин, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 Статистический анализ
1.1 Введение
1.2 Постановка задачи и объект исследования
1.3 Статистический анализ параметров
1.4 Результаты анализа, наиболее значимые корреляции
1.4.1 Свойства распределений
1.4.2 Корреляции г — ЬОТІІ яг — Т'жорі
1.4.3 Связи между характеристиками оптических послесвечений
1.4.4 Корреляции между параметрами гамма-излучения
1.5 Обсуждение результатов
1.6 Выводы
2 Методология расчётов лучистого прогрева
2.1 Введение
2.2 Постановка задачи и обсуждение модели
2.3 Основные положения и принципы
2.4 Взаимодействие гамма-фотонов с веществом
2.5 Ионизационный баланс и параметры состояния среды
2.6 Взаимодействие релятивистского выброса с веществом
2.7 Обработка результатов расчёта и исследуемые выходные параметры

Оглавление
3 Результаты численных расчётов
3.1 Начальные параметры
3.2 Взаимодействие излучения с веществом
3.3 Возможные проявления моделируемых эффектов
3.4 Влияние релятивистского выброса
3.5 Сравнение с послесвечениями СКВ 050904 и СКВ 070
3.6 Перспективы концептуального улучшения расчётов

А.1 Источники данных
А.2 Таблицы
А.З Иллюстрации
ВВЕДЕНИЕ
Гамма-всплески (ГВ) - самая мощная разновидность взрывных процессов во Вселенной - обнаруживаются космическими аппаратами по ярким коротким вспышкам гамма-излучения (обычно от десятков кэВ и выше). Они сопровождаются излучением и в других диапазонах от рентгеновского до радио (вторичное излучение или послесвечение), которое может наблюдаться спустя долгое время (свыше года) после самого ГВ. Этот факт, а также их высокая светимость, позволяют исследовать эти явления практически всеми доступными современной астрономии методами.
За 40 лет после открытия ГВ и за более чем 10 лет с момента обнаружения сопутствующего рентгеновского, оптического и радио- излучения (исторически называемого послесвечением, afterglow, хотя в последнее время границы между ним и первичным гамма-излучением, prompt emission, частично размываются) накоплено очень большое количество наблюдательной информации. Это позволило существенно продвинуться в теоретическом объяснении происходящего в окрестностях этих объектов, но всё же поставило едва ли не больше вопросов, чем дало ответов, так что мы всё ещё далеки от понимания природы ГВ. В частности, до сих пор предметом обсуждения остаётся вопрос об источнике и механизмах первичного гамма-излучения.
В основе общепринятых моделей ГВ лежит концепция ультрарелятивист-кого выброса вещества, возникающего либо при коллапсе вращающегося ядра массивной звезды в чёрную дыру, либо при слиянии двух нейтронных звёзд или нейтронной звезды с чёрной дырой. Внутри выброса могут развиваться внутренние ударные волны либо различные неустойчивости, которые могут ускорять заряженные частицы до достаточных энергий, чтобы излучать высокоэнергичные фотоны. В некоторых сдучаях (например, GRB 080319В см. Бескин и др. 2009) одновременно с гамма-излучением может порождаться и

Глава 2. Методология расчётов лучистого прогрева

дусов, a R ~ 1015 — 1016 см (т.е. не слишком близко к источнику выброса, чтобы гамма-излучение успело возникнуть, но и не слишком далеко, чтобы плотность гамма-фотонов была достаточной для существенного нагрева вещества). В дальнейших расчётах использовались начальные значения h в пределах 1013 — 1016 см и концентрации n ~ 106 — 1011 см-3 как для однородного распределения вещества, так и для профиля плотности звёздного ветра р ос г~~.
Вопрос о возникновении подобных оболочек выходит за рамки настоящей работы, однако есть основания предполагать, что очень массивные звёзды могут сбрасывать довольно большое количество массы (до нескольких десятков М0) из-за пульсационных неустойчивостей (см. например, работу Вусли и др 2007 г.), при этом при взаимодействии сброшенных оболочек между собой или с окружающей средой могут образовываться области с различными профилями плотности и концентрациями, изменяющимися в широких пределах, в т.н. и тонкие плотные “стенки” в случае возникновения ударных волн с высокой степенью сжатия (некоторые профили плотностей приведены в статье Вусли и др. 2007 г).
2.3 Основные положения и принципы
Для численного моделирования интересующих процессов был использован рассветный аппарат на основе мультигруппового радиационногидродинамического кода STELLA, позволяющего моделировать совместно процессы гидродинамики и переноса излучения в широком диапазоне. Описание принципов работы кода STELLA и основные используемые формулы гидродинамики и переноса приведены в статье Блинникова и др.(1998), данный раздел будет посвящён только изменениям, внесённым в код для более корректного воспроизведения эффектов нестационарного нагрева и ионизационного баланса. С целью более полного удовлетворения требованиям задачи этот код был модифицирован следующим образом:
- в уравнение для теплового баланса (2.11 в статье Блинникова и др. 1998 г.) добавлен зависящий от времени и координат член, выражающий тепловую мощность, передаваемую от гамма-излучения электронам в данный момент