ガンマ線バーストジェットの開き角 θ j ~cxΓ 0 -1 (c~1/5) ?
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ガンマ線バーストジェットの開き角 θ j ~CxΓ 0 -1 (C~1/5) ?. 水田 晃 (KEK) 井岡邦仁 (KEK). 国立天文台 CFCA ユーザーズミーティング @ 国立天文台 11 .12.12. ジェットの開き角分布. 典型的には数度 20 度以上のものもある. 残光のジェットブレイクの時刻からの見積り. Sari et al.(1999). t; 時間 ,n 星周物質の数密度 , E_iso 等方な場合の爆発エネルギー. Fong et al. (2012). ジェットの開き角はどのように決まるか？. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ガンマ線バーストジェットの開き角
θj~CxΓ0
-1 (C~1/5) ?
国立天文台 CFCA ユーザーズミーティング@ 国立天文台 11.12.12
水田 晃 (KEK)
井岡邦仁(KEK)
Fong et al. (2012)
ジェットの開き角分布
典型的には数度20 度以上のものもある
t; 時間 ,n 星周物質の数密度 ,E_iso 等方な場合の爆発エネルギー
Sari et al.(1999)
残光のジェットブレイクの時刻からの見積り
ジェットの開き角はどのように決まるか？
コラプサーからの GRB ジェットは親星外層との相互作用でジェットに構造ができる。ジェットブレイクアウト前ではジェットは十分な熱エネルギーを持っていてもあまり加速されない (Γ~O(10)). Numerical simulations by Zhang et al.,Mizuta et al., Lazzati et al., Nagakura et al. Analytic work by Bromberg et al. (2011)How about after shock break ?
Γ0 ~θ0 -1 Γ0 ~θ0
-1
High densitystellar envelopes
Naive expectation Our model
relativistic beamingeffect
Elongated:Aspect ratio is not correct
jet break 時にジェット、コクーンを高解像度で捕獲(ΔzminΔr min=107cm / ΔzminΔr min=5x106cm)
Ej=5x1050erg/s, r=8x107cm
h0Γ0=Γ∞=533
Γ0=2.5, 5, 10
Progenitor : Woosley & Heger(2006)M~14Msun, R*=4x1010cm
高解像度ジェットシミュレーション (2D 軸対称 )ρ
Γ pprogenitor surface
数値拡散によるbaryon loading(from stellar envelopes)
hΓ がジェット先端まで保存している。
hΓ (=const along stream line, steady state : 相対論的ベルヌーイの定理 )
Why is high resolution necessary ?
Along jet axis
h: 単位質量あたりのエンタルピー >=1
Bromberg, Levinson (2009)
Γ0=20
Γ0=10
Γ0=5
Collimation shockthin layer
Why is high resolution necessary ?
θ0=1/Γ0
ambient gas
Γ0=5
mass density Lorentz factor
Γ0=5
mass density Lorentz factor
Γ0=2.5
mass density Lorentz factor
θ0~1/Γ0 is larger than that of Γ0=5.0.
As the radius of the jet increases, the momentum flux to push the stellar envelopes drops.
初期に開き角を持ったジェットは collimation shockまで加速、 collimation shock を通過後ほぼ円筒状となる。円筒状ジェット内部には斜め衝撃波が繰り返し現れる。
jet injection
Bromberg + (2011)collimation shock + jet: 円筒状 (Γ~Γ0)
Γ0=5 Γ0=2.5
See also Komissarov & Falle 1998
Cocoon confinement (jet breakout 前 )
Cocoonpressure
Γ0
θ0~1/Γ0
xnew=xold+vr,zxΔtparticle trace
0.01s 毎に 32 個のテスト粒子を注入。流体素片の Lagrange motion の追跡が可能に。
xnew=xold+vr,zxΔt
Probe particles
ρ t=2.3s ρ t=4.6scocoon
テスト粒子の軌跡 (32 粒子 t=5 s に注入 )
θj
親星表面 直線的な軌跡( 自由膨張 )
最も外側の粒子で開き角を定義する
ジェットブレイクアウト
~0.02=1/10X1/5
~0.04=1/5X1/5
~0.08=1/2.5X1/5
10s after shock breakθj~Γ0
-1 x1/5
開き角の時間進化
Pc~ const Γ~Γ0
Pc~ r-2 at break acceleration Γ~5xΓ0
Pc~ r-4 after reak
p
コクーン内部の圧力構造
Cocoon confinement
Stellar surfacde
Fong et al. (2012)
(t_d>2s))
(t_d<2s))
ジェットの開き角分布
θj=1/5Γ0<0.2 rad~10grees光度一定、一様ジェットモデルでは大きな開き角のジェットを再現できない==>Structured jet ?
まとめ●コラプサーからの GRB ジェットの高解像度流体シミュレーション を行った – low numerical baryon loading
●jet breakout 直前にジェットが加速する。親星表面での密度構造が exponential drop の Lorentz factor increases to about 5xΓ0 at the jet breakout.
●ジェットの開き角は jet breakout 後少なくとも数秒間は
θj~CxΓ0-1 (C~1/5)
●今回考えたような一様ジェットでは大きい開き角のジェットは再現しにくい = ＞ Structured jet ? – high Γ + low Γ
θ0=10degrees100s injection
Bulletfree expandion
θ0=10degrees 30s injection
ΓΓ
Numerical simulations of GRB jet from Collapsar
Dissipated region
Lazzati et al. (2009)
Collapsar からの GRB Jet のシミュレーション
複雑な構造をしたジェット先端 ＋自由膨張をする部分
ジェット先端の位置
Collimation shock が閉じる位置
Collimation shock の最大の半径 〜 collimation shock 後のジェット半径
周りの密度 ρa が z の関数の場合数値的に求める
解析解 Bromberg 2011 との比較 (4)
爆発後数秒 ~10 秒程度はθj~Γ0
-1 x1/5
ジェットの開き角 ( 高解像度 )
GRB 120422A/SN 2012bz(Ic 型 )
(Zhang+, Melandri+2012,Levesque+2012)
z=0.283, E_iso~4.5x1049erg, T90~5s
Wide jet==>
Short ,low-luminosityGRB associate with supernova ?
Zhang+2012
rs=zq0 とすると、 z=z* : ジェットとコクーンの相互作用が始まり、Collimation shock が初めて生じる z
z*<<A-1, R*<<A-1 ならば
R*: injection 半径
内部衝撃波が再び軸にぶつかる z は rs=0 を解いて
を課すと
ジェット自身の横方向の膨張が無視できる条件 : “sufficiently fast jet”
z= で rs はピークを持ち、それ以降は shocked gas は軸に平行流に