-
Gamma-rayBursts(GRBs)
Bljeskovi/Eksplozijegama-zračenja
Autor:MilošKovačević
-
2/3/18 2
Izposmatračkogugla
Našagalaksija TransparentnostZemljineatmosfere
Nebou2D(ugalaktičkimkoordinatama)
infracrveno-optički gama
-
2/3/18 3
Izposmatračkogugla
CGRO-BATSE(1991–2000) Swift-BAT(2004–2018…)1GRBsvaka3dana
-
2/3/18 4
Kakonastaju?
Krajživotamasivnezvezde>GRB&hipernova(jakasupernova)
Sudardveneutronskezvezde>GRB&kilonova(slabasupernova)
-
2/3/18 5
Velasateliti
12satelitasaXigamadetektorimalansiranihuperiodu1963–’70(SAD)
InternacionalnidogovorosmanjenunuklearnihtestovaPartialNuclearTestBanTreatypotpisan1963.izmedju,presvega,SADiSSSR.
PrvidetektovaniGRB1967.godine(deklasifikovani1973.)
GrubalokalizacijaànisusaZemlje,Sunca,Meseca
GRBGRB
11
2 2
-
2/3/18 6
CGROsatelit:BATSEdetektor(i)…ComptonGamma-Ray
Observatory:SatelitsaXigamadetektorima(1991–2000;NASA)
Izotropnostpozicijananebu
àvangalaktickiobjekti
BATSE:1GRBdnevno;lokalizacija2°-3°;pokrivacelonebo
DužinatrajanjaGRBDvefele:kratkiidugi;
granicaoko2s.
Grupeserazlikujuipospektru,tj.energijama
fotona
-
2/3/18 7
Profil
o Primeri12GRBo Svirazličitio
Pulsevitastruktura(simetričniiliFRED)o
Bezperiodičnosti(zarazlikuodnpr.pulsara)o ΔTp=...10ms–10s...
Maksimalnaveličinaizvora
detektor
detektor
ΔTp[10ms]xc=3000km(Sunce:1milionkm)
-
2/3/18 8
Spektar
o Band(dvostrukistepenizakon–Estepen)o
Netermalni(nijecrnotelo)àzonazračenjatransparentna/prozirnao
Maksimumugamadomenuo
Maksimumidekanižimenergijamatokomtrajanjajednogpulsao
MaksimumjeuprosekuvećizakratkeGRBnegoduge
• Spectralenergydistribution•
Količinaenergijepoenergijskojdekadi(gama,X,UV,O,IR,radio)•
Logaritamskaskala• Stepenizakonàprava
Spektar(BATSEidrugidetektorinaCGRO)
-
2/3/18 9
BeppoSAXsatelit
SatelitsaXigamadetektorima(1996–2002;Italija,Holandija)WFC:pokrivadeoneba20°x20°;LokalizacijaGRB5’[1°=60’]X-teleskopi:detekcijaafterglow
Afterglow/naknadnisjaj(GRB970228–prviput)
o Nakonglavneemisijeo Mnogoslabijio Trajedanimao Gama, X, O,
mikro, radio – stepeni
sp.o Detektuju ga teleskopi (detektori
fokusirani na deo neba);
X-teleskopinasatelitu,ioptički,radio…naZemlji
-
2/3/18 10
Udaljenost
GRB970228
detektor
GRBugalaksijama(vancentra)
ßspektralnelinije
z=0.78milijardisvetlosnihgodina
• Zemlja–Sunce:8sv.min.• Najblizazvezda:4sv.god.•
MlecniPut:100.000sv.god.
o 1997–2018…• DugiGRB:zmin<0.01(100milionasv.god.)•
KratkiGRB:zmin=0.1(1milijardasv.god.)*•
GRB:zmax=8,9(30milijardisv.god.)
-
2/3/18 11
GRB–Supernovaveza
GRB980425–SN1998bw(prvipotvrdjenipar)
o 1998–2018…20-50potvrdjenihparova(energicneSNtipaIb/c)v
SamodugiGRB:• zmin<0.01(100milionasv.god.)•
zmax=1(1milijardasv.god.)[ograničenostteleskopa]•
GRBEiso=1048–1054erg• Pretpostavljasedavelikuvecinudugih
GRBpratiSN(hipernova)v
KratkiGRB:makronova/kilonovaGRB130603,GRB170817
tokomGRB SNpardanakasnije
GRBnisuucentrugalaksija&povezanisusaSNà
stelarnifenomeni(krajzvezde)(zarazlikuodAGN/AGJ)
2’z=0.0085
-
2/3/18 12
Energija
Fluks&udaljenost&korekcijezbogširenjasvemiraà (izotropna)energijaEisoGRB970228:Eiso=1052erg[1J=107erg]!Eiso-samofotoni/EM-zračenje
o 1997–2018…• DugiGRB:Eiso=1048–1055erg•
KratkiGRB:Eiso=1049–1053ergGRB:Lmax=1053,54erg/s
Kolikoje1054erg?
Msunce=1030kg
1054ergE=mc2
SN2015L(najintenzivnijaSNikad)
Supernova(neutronskazvezda)
Etot=1053erg
Ekin=1051erg
Eph=1049erg
Eph=1052ergtokom4meseca
Lmax=1045erg/s
-
2/3/18 13
Compactnessproblem/kompaknosti
Kratakpuls
Maksimalnavelicinaizvora
Spektar(pulsa)
Transparentno
Eiso(pulsa)Brojfotona(koncentracija)Eγ>0.5MeV
γ
γ
e-
e+
e-
γ
γ
foton-leptonplazma;optičkagustina=1015à Veomanetransparentno!à
Zračenjesamosapovršine(dostaslabije)!à
Spektarcrnogtela(termalni)!
-
2/3/18 14
(Ultra)relativističkokretanje
Fokusiranjezracenja
startStatickiizvor
Photonboosting/povecanjeenergije
fotona
γ
Eγ=10keV
γ
v=0.9999c(Γ=100)
Eγ=1MeVdetektor
optičkagustina=1àΓ=100,Γmax=1000Γ=1/√�𝟏 −(𝒗/𝒄 )𝟐
;v=0.9999,0.999999c
AGN/AGJΓ=2-20v=0.99c
X-binariΓ=2
v=0.9c
-
2/3/18 15
Crnarupa&jet/mlazZvezdapresupernove
AGN X-binari
Gvozdenojezgro,R=10.000km(+rotacija)(proto) Neutronska
zvezda,R=30km
Etot=1053erg(Eph=0.001Etot)
Crnarupa,R=6km(+rotacija)Etot>1053erg(Eiso=1054,55erg)
Akumuliranjematerijenacrnurupu
àjet-ovi/mlazevi
GRB
Θj=…3⁰-10°…àEph=0.01Eiso
Θj
-
2/3/18 16
Fireball/vatrenaloptamodel
Centralnimotor:o Etot=1054erg:neutrine+GW+•
nizFireballs(Efbs=1052erg):foton-lepton-(malo)protonaplazmaTfb=1MeVRfb=10-100km
Fireballevolucija:• Fokusujet/snopàdeosferneljuskedebljineRfb•
EuàEkprotonaΓ=100(r=103km);Fbsehladi•
Transparentnost(r=107km);fotoninapusteFb(malaEph)•
Sudaridvefireball(r=109km)à Ubrzanjeelektrona+magnetnop.à
sinhrotronskozracenje(Eph=1051erg;netermalnis.)à UsledfokusaEiso=1053erg
Afterglow:•
Kadasesvifireball-ovispojeisudaresakontinualnimiretkimISM(r=1011km)(interstelarnimmedijumom)•
Slabijezracenjekojetrajedanimausvimdelovimaspektra
Rsunce=106km;c=105km/s
-
2/3/18 17
Swift&Fermi
o Swift•
Satelitsagama,XiUVdetektorima(2004–2018…;NASAidrugi)Brzaipreciznalokalizacija•
GRB050509b:prvalokalizacijakratkogGRB(z=0.225)• Swift lokalizovao
skoro sve kratke
GRBsivecinudugih
o Fermi• SatelitsagamaiXdetektorima(2008–2018…;NASAidrugi)•
Velikienergijskiopseg
o Svejejavno!(sirovipodaci,katalozi,softver…naNASAserveru)
-
2/3/18 18
LokacijedugihikratkihGRBsugalaksijama
o GalaksijedugihGRBs:•
nepravilne,patuljaste,spiralne-svetlijidelovi(starformingregions/regijesformiranjemzvezda)•
Masivnijezvezde–kraćeživeà
Krajživotamasivnihzvezda(+SupernovetipaIb/c)
o GalaksijekratkihGRBs:• Uglavnomelipticne(starije)•
Bezpreferencijemesta•
Ponekiveomaudaljeniodcentraà Starezvezdeà Sudari2neutronskezvezde(+kilonova,odsustvoregulraneSN)
-
2/3/18 19
GW170817-GRB170817
•
2LIGOiVirgoGVdetektori:signal100s;2015–2018…7GV,prviput2NS(85<d<160Msg)•
2snakonkrajaGVFermi-GBMkratkiGRB•
11satinakonoptickadetekcijaàGalaksijad=130Msg(z=0.01)• kilonovao
GRB:z=0.01(zmin=0.1);Eiso=1046,47(Eiso,min=1049)erg
{Abbottetal(2017),ApJ}
{Abbottetal(2017),ApJ}
X,radioposmatranjaidaljetraju
