Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Binær-drevet hypernova-model får observationel støtte

Fig. 1 Taget fra 2020ApJ...893..148R. Skematisk evolutionær vej for en massiv binær op til emissionen af ​​en BdHN. (a) Binært system sammensat af to hovedsekvensstjerner, sige 15 og 12 solmasser, henholdsvis. (b) På et givet tidspunkt, den mere massive stjerne gennemgår kernekollapsen SN og danner en NS (som muligvis har et magnetfelt B~1013 G). (c) Systemet går ind i den binære røntgenfase. (d) Kernen af ​​den tilbageværende udviklede stjerne, rig på kulstof og ilt, for kort CO-stjerne, efterlades eksponeret, da brint- og heliumkappen er blevet stribet af binære interaktioner og muligvis flere fælles-kappefaser (ikke vist i dette diagram). Systemet er, på dette tidspunkt, en CO-NS binær, som tages som den indledende konfiguration af BdHN-modellen [2]. (e) CO-stjernen eksploderer som SN, når den binære periode er af størrelsesordenen få minutter, SN-udstødningen af ​​nogle få solmasser begynder at udvide sig og roterer hurtigt, nyfødt NS, for kort vNS, er efterladt i midten. (f) SN'en udstøder sig på NS-ledsageren, danner en massiv NS (BdHN II) eller en BH (BdHN I; dette eksempel), afhængig af den initiale NS-masse og den binære adskillelse. Bevarelse af magnetisk flux og muligvis yderligere MHD-processer forstærker magnetfeltet fra NS-værdien til B~1014 G omkring den nyfødte BH. På dette stadium er systemet en vNS-BH binær omgivet af ioniseret stof fra den ekspanderende ejecta. (g) Tilvæksten, dannelsen og aktiviteterne i BH bidrager til GRB-prompten gammastråleemission og GeV-emission. Kredit:ICRANet

Ændringen af ​​paradigme i gamma-ray burst (GRBs) fysik og astrofysik introduceret af den binære drevne hypernova (BdHN) model, foreslået og anvendt af ICRA-ICRANet-INAF medlemmer i samarbejde med University of Ferrara og University of Côte d'Azur, har fået yderligere observationsstøtte fra røntgenstrålingen i lange GRB'er. Disse nye resultater præsenteres i den nye artikel, offentliggjort den 20. april, 2020, i Astrofysisk tidsskrift , medforfatter af J. A. Rueda, Remo Ruffini, Mile Karlica, Rahim Moradi, og Yu Wang.

GRB-emissionen er sammensat af episoder:fra den hårde røntgentrigger og gammastrålepromptemissionen, til højenergiemissionen i GeV, for nylig også observeret i TeV-energier i GRB 190114C, til røntgen-eftergløden. Den traditionelle model af GRB'er forsøger at forklare hele GRB-emissionerne fra en enkelt-komponent stamfader, dvs. fra emissionen af ​​en relativistisk jet, der stammer fra et roterende sort hul (BH). Anderledes, BdHN-scenariet foreslår, at GRB'er stammer fra en katastrofal hændelse i det sidste evolutionære trin af et binært system bestående af en kulstof-oxygen (CO) stjerne og en neutronstjerne (NS) ledsager i tæt kredsløb. Tyngdekraftens kollaps af CO-stjernens jernkerne frembringer en supernova-eksplosion (SN) og udstøder de yderste lag af stjernen, og på samme tid, en nyfødt NS (vNS) i centrum. SN-ejecta udløser en hyperkritisk akkretionsproces på NS-ledsageren og på vNS. Afhængigt af banens størrelse, NS kan nå, i tilfælde af korte omløbsperioder af størrelsesordenen minutter, den kritiske masse for gravitationssammenbrud, danner derfor en nyfødt BH. Disse systemer, hvor der dannes en BH, kaldes BdHN af type I. I længere perioder, NS bliver mere massiv, men den danner ikke en BH. Disse systemer er BdHNe II. Tredimensionelle simuleringer af hele denne proces, der viser gennemførligheden af ​​dens forekomst, fra SN-eksplosionen til dannelsen af ​​BH, er for nylig blevet muliggjort af samarbejdet mellem ICRANet og gruppen af ​​Los Alamos National Laboratory (LANL) styret af prof. C. L. Fryer (se figur 1).

BH's rolle for dannelsen af ​​højenergi-GeV-emissionen er for nylig blevet præsenteret i Astrofysisk tidsskrift . der, den "indre motor" bestående af en Kerr BH, med et magnetfelt på linje med BH-rotationsaksen nedsænket i et ioniseret plasma med lav tæthed, giver oprindelse, ved synkrotronstråling, til den strålede emission i MeV, GeV, og TeV, i øjeblikket kun observeret i nogle BdHN I, af Fermi-LAT og MAGIC instrumenterne. I den nye publikation, ICRA-ICRANet-teamet adresserer interaktionen mellem vNS og SN på grund af hyperkritisk akkretion og pulsarlignende emission. De viser, at fingeraftrykket af vNS vises i røntgen-eftergløden af ​​lange GRB'er observeret af XRT-detektoren om bord på Niels Gehrels Swift-observatoriet. Derfor, vNS'en og BH'en har meget forskellige og forskellige roller i den lange observerede GRB-emission.

  • Fig. 2:Modeludvikling af synkrotronspektral lysstyrke på forskellige tidspunkter sammenlignet med målinger i forskellige spektralbånd for GRB 160625B.

  • Fig. 3 Den brune, dyb blå, orange, grønne og klare blå punkter svarer til de bolometriske (ca. 5 gange lysere end den bløde røntgenstråle observeret af Swift-XRT-data) lyskurver for GRB 160625B, 160509A, 130427A, 190114C og 180728A, henholdsvis. De fuldt optrukne linjer er teoretiske lyskurver opnået fra rotationsenergitabet af vNS, der driver den sene efterglød (t> 5000 s, hvid baggrund), mens i tidligere tider (300 300 s, hvor data er mere tilgængelige. I tidligere tider, kun GRB 130427A og GRB 190114C i denne samme har tilgængelige data. Kredit:ICRANet

Emissionen fra den magnetiserede vNS og den hyperkritiske tilvækst af SN-ejecta ind i den, giver oprindelse til eftergløden observeret i alle BdHN I og II underklasser. Den tidlige (~ få timer) røntgenudsendelse under efterglødingsfasen forklares ved injektionen af ​​ultrarelativistiske elektroner fra vNS i den ekspanderende ejecta, producerer synkrotronstråling (se figur 2). Det magnetiske felt udledt af synkrotronanalysen stemmer overens med den forventede toroidale/langsgående magnetiske feltkomponent i vNS. Desuden, fra analysen af ​​XRT-dataene for disse GRB'er til tider t> 10^4 s, det er blevet vist, at den faldende lysstyrke i kraftloven drives af vNS rotationsenergitabet af det drejningsmoment, der påvirkes af dets dipol+quadrupol magnetiske. Fra dette, det er blevet udledt, at vNS har et magnetisk felt med styrke ~ 10^12 til 10^13 G, og en rotationsperiode i størrelsesordenen et millisekund (se figur 3). Det er vist, at den udledte millisekunds rotationsperiode for vNS stemmer overens med bevarelsen af ​​vinkelmomentet i gravitationssammenbruddet af jernkernen af ​​CO-stjernen, som vNS kom fra.

Den udledte struktur af magnetfeltet i den "indre motor" stemmer overens med et scenarie, hvor langs rotationsaksen for BH, det er forankret i magnetosfæren efterladt af NS, der kollapsede til en BH.

På ækvatorialplanet, feltet forstørres af magnetisk fluxbevaring.