コラプサーからの超相対論的ガンマ線バーストジェット
水 田 晃
千葉大学

M.A. & Aloy astro-ph/0812.4813
M.A., Aloy, & Nagataki in prep

第９回高エネルギー宇宙物理連絡会
＠愛媛大学 090316-18

目次
1. GRBとコラプサー
2. Light Jet の特徴(コクーン、内部衝撃波
backflow etc.)
3. コラプサーからのGRBジェット
4. まとめ重力崩壊型超新星爆発に付随したロングガンマ線バースト(td>~2s)
Association long duration GRB-SN
is observed.
ex. GRB980425/SN1998bw,GRB030329/SN2003dh
GRB060218/SN2006aj.

Spectrum :after a few days
~ after a month from the burst
power law
: afterglow

超新星爆発の解析から親星の情報が得られる
ほとんどのGRB
では親星の情報は０Nomoto 2003,
Mazzali (2006)
SN1998bw/GRB080425

SN componentappears!

重力崩壊型超新星爆発を伴う非球対称性の強い爆発：Collapsar model(Wooseley 1993, MacFadyen et al. 1999)

Shell structure
Progenitor

Bipolar jet passes throughthe envelopesコラプサーからのジェットのダイナミックスは２つのフェーズで特徴付けられる

Phase 1ISM

A high pressure cocoon
surrounds the jet.

Jet's energy is confined in thecocoon during the propagationin the progenitor

コラプサーからのジェットのダイナミックスは２つのフェーズで特徴付けられる

Phase 1ISM

ShockBreakA high pressure cocoon
surrounds the jet.

Jet's energy is confined in thecocoon during the propagationin the progenitor

コラプサーからのジェットのダイナミックスは２つのフェーズで特徴付けられる

Phase 1

Phase 2
ISM
ISM

Shock
Break
A high pressure cocoon
surrounds the jet.

Jet's energy is confined in thecocoon during the propagationin the progenitor

Cocoon energy is released
to ISM. Free expansion

コラプサーからのジェットのダイナミックスは２つのフェーズで特徴付けられる

Phase 1

Phase 2
ISM
ISM

Shock
Break
A high pressure cocoon
surrounds the jet.

Jet's energy is confined in thecocoon during the propagationin the progenitorθ?

同じジェットでも違ったイベントとして見える
Cocoon energy is released
to ISM. Free expansion

動径方向の親星密度構造Woosley &Heger(2006)
密度(g/cm3)
初期の角速度mass loss rate
ダイナモ on/off
metallicity(1 Z_solar,1/10 Z_solar,1/100Z_solar)

1 Z_sun1 Z_sun1 Z_sunr>rsurfρ =ρ0 (r0/r)-2
or 10-6 g/cm3
半径(cm)

動径方向の親星密度構造Woosley &Heger(2006)
密度(g/cm3)
初期の角速度mass loss rate
ダイナモ on/off
metallicity(1 Z_solar,1/10 Z_solar,1/100Z_solar)
1 Z_sun1 Z_sun1 Z_sun0.01Z_sun
0.01 Z_sun
0.1 Z_sunr>rsurfρ =ρ0 (r0/r)-2
or 10-6 g/cm3
半径(cm)

動径方向の親星密度構造Woosley &Heger(2006)
密度(g/cm3)

4 models ~ 5 M_sun
2 models ~10 M_sun
13 models~15 M_sun

重力崩壊型超新星爆発

親星の特性とGRBジェットに相関はあるか？
1 Z_sun1 Z_sun1 Z_sun0.01Z_sun
0.01 Z_sun
0.1 Z_sun

初期の角速度mass loss rate
ダイナモ on/off
metallicity(1 Z_solar,1/10 Z_solar,1/100Z_solar)r>rsurfρ =ρ0 (r0/r)-2
or 10-6 g/cm3
半径(cm)

Shock break 前
cocoon 圧によるconfinementdE/dt=1051 erg/s
θ=5 degree
Γ=5ε/c2=30
rin=108cm

Shock break 後

angular energy distibution (dE/dΩ) (sr-1)

RESULTS : Angular energy distribution (dE/dΩ) derived fromnumerical simulations

2 power law slopes(a kind of broken power law

When the head of the jet ＠r=1e11cm

angular energy distibution (dE/dΩ) (sr-1)

RESULTS : Angular energy distribution (dE/dΩ) derived fromnumerical simulations

2 power law slopes(a kind of broken power law

When the head of the jet ＠r=1e11cm

RESULTS : Angular energy distribution (dE/dΩ) derived fromnumerical simulations

angular energy distibution (dE/dΩ) (sr-1)

αl=0.1αh=-2.4Expanding
cocoon contribution

When the head of the jet ＠r=1e11cm

RESULTS : Angular energy distribution (dE/dΩ) derived fromnumerical simulations

angular energy distibution (dE/dΩ) (sr-1)

αl=0.1αlαh=-2.4αh

When the head of the jet ＠r=1e11cm

エネルギー角度分布でフィットしたべきの指数 (α_h)は用いた親星の pre-SN での質量に強く依存する

様々な密度構造等を反映

エネルギー角度分布でフィットしたべきの指数 (α_l)も用いた親星の pre-SN での質量に強く依存する/standard mass loss rate

べき指数は親星の進化で仮定されたmass loss rateにも依存する/standard mass loss rate

べき指数は親星の進化で仮定されたmass loss rateにも依存する/standard mass loss rate圧力分布 ＠ショックブレイク
重い親星 v.s. 軽い親星Lightmass
Heavymassv_side slow

Progenitor sureface
Surface

t=2.0sx1.6v_side fast

Progenitor sureface
Surface

The pressure is the energy density
p_cocoon is [energy input / volume ]t=3.2sジェットパワー・開き角依存性 HE16C (5.15_Msun)

ジェットパワー・開き角依存性 べき指数

Fixed Γ=5, ε/c2=30, rin=108cm

まとめ●ジェットが親星表面を突き破った(shock break) 後のジェットのエネルギー角度分布に関して、親星依存性、ジェットのパラメータ依存性を調べた。
●エネルギー角度分布は2つのべき(ジェット成分)+コクーン成分でよくフィットできる。
●分布のフィットの成分のべき指数は親星の質量、親星の密度構造、ジェットのパラメータに依存する。
べき指数の違いは親星内部のダイナミックスから決まるジェット、コクーンの圧力差から、shock break 後のジェットの膨張の違いによってあらわれる。