Спинары и центральная машина гамма-всплесков всех типов В.М.Липунов и Е.С.Горбовской ГАИШ, МГУ Свидетельства продолжительной работы центральной машины гаммавсплесков • ранние предвестники (до 200сек) • удаленные рентгеновские вспышки Предвестники Lazzati, D. Precursor activity in bright, long BATSE gamma-ray bursts. MNRAS 357, 722-731 (2005). Ренгтеновские вспышки Chincarini, G., et al., The First Survey of X-ray Flares from Gamma Ray Bursts Observed by Swift: Temporal Properties and Morphology. (astro-ph 0702371) (2007). И еще вспышки История спинара • • • Важность учета магнитовращательных эффектов в процессе коллапса впервые отмечалась в связи с проблемой энерговыделения и эволюции квазаров (Хойл и Фаулер, 1963; Озерной, 1966; Морисон, 1969; Озерной и Усов, 1973) и проблемой сброса оболочки сверхновых звезд (Бисноваты-Коган; 1971, LeBlance & Wilson 1970). В частности отмечалось, что коллапс звезды, обладающей значительным вращательным моментом, может сопровождаться образованием квазистатического объекта - спинара – равновесие которого поддерживается центробежными силами. Острайкер (1970) и Липунов (1983) предполагали существование маломассивных спинаров с околосолнечной массой. Ускорение и замедление спинаров в процессе аккреции подробно рассмотрено в работе Lipunov, 1987. Модель спинара, учитывающая релятивистские эффекты (включая исчезновение магнитного поля при образовании черной дыры) была построена в работе Lipunova G.V. (1997), где дан подробный обзор работ по теории спинаров и сделана попытка приложения модели спинара к явлению гамма-всплеска. Спинары и гамма-всплески: Долговременная активность центральной машины была предсказана • Lipunova, G.V. A burst of electromagnetic radiation from a collapsing magnetized star. Astronomy Letters 23, 84-92 (1997). • Lipunova, G.V. & Lipunov, V.M. Formation of a gravitationally bound object after binary neutron star merging and GRB phenomena. Astron. Astrophys. 329, L29-L32 (1998). Спинар-парадигма a0 I0 c 2 GM core m Um 2 GM core RA E B GM 2 / 2 (1 / 2a02 ) M core c 2 dI / dt U m L dI / dt U m R 5 / 2 L m c5 5 0 a G (1 t t C ) 3 / 5 2 RB2 GM core / RB Гамма-всплески и сопутствующие события Нестационарная псевдоньютоновская модель магнитовращательного коллапса d 2R Fgr Fc Fnuclear Fdiss dt 2 Fgr GM ( x 2 2ax a 2 ) 2 x 3 ( x ( x 2) a ) 2 x 2R / Rg Mukhopadhyay (2002) Fnuclear 1 dP P dr R P ( c b 4 Fdiss K Rmin 2/3 1 dR dt Bz B dS 4 2 2 1 4 b 3 (Q / M ) c ) 2 2 B B RdR z Rmin 2 dI 2 3 t 2 dt Rc GM K t 2 3 t R 2/3 G 2 M Class 4/3 =0.04. R Rc GM 2 1/ 3 see Lipunov, 1987 Параметры нейтронных звезд Эволюция магнитного поля и мощность центральной машины 0 ~ BR 3 ~ BR 2 R ~ R R0 ( x0 ) R ( x) R Rmin 2 R0 Rmin 2 2 ~ 0 L0 L0 1 kM 2 3 Rmin ( x) 1 1 2 ln( 1 1 / x) x 2x Гинзбург и Озерной (1963): dR dt L 2 L0 x 2 a 2 2x x2 a2 Thorne et al., 1986 Коллапс ядра большой массы (M > MOV). Расчет коллапса ядра с массой 7 масс Солнца Сверху вниз: эенрговыделение для бесконечно удаленного наблюдателя, радиус, керовский параметр и напряженность среднего магнитного поля. Микроструктура Энерговыделение в процессе коллапса ядра с массой 7 масс Солнца Коллапс ядра малой массы M<MOV Результаты расчета энерговыделения (светимостьвремя в логарифмических координатах) в процессе коллапса ядра в нейтронную звезду с массой 1.5 масс Солнца при различных значениях начального параметра Керра (a) и начального отношения энергии магнитного поля к гравитационной энергии (). Начальный радиус ядра выбирался равным 1000Rg. Первая вспышка соответствует образованию спинара, вторая – образованию нейтронной звезды. В конце эергновыление всегла выходит на магнитодипольный закон, соответсвующий замедлению нейтронной звезды – пульсара. Зависимость комбинации времени гамма-всплеска помноженной на отношщение энергии гамма-всплеска к энергии прекурсора от времени прекрсора. Заполненными кружками показаны наблюдения по данным BATSE (Lazzati, 2002) и двух аутсендинг вспелсков: короткого (GRB041116) и длинного (GRB 060124). Использованы данные по флюинсам, а отношение углов раскрытия прекурсора и гаммавсплеска приняты одинаковми. Крестиками показаны симулированные гамма-всплески с прекурсорами для ядра с массой 7 масс солнца. При этом эффективный параметр Керра менялся от 7 и до 20 , а магнитное поле в пределах: 10-2--10-6. Наблюдаемое отношение флюнса GRB к пиковой светимости во время впышки от времения впышки (8a) по данным (Lazzati, D., 2005), дополненное двумя интересными всплесками GRB 060124 (Romano, P et al 2006) и GRB 041116 (Golenetskii, et al GCN2835). Теоретичское отновшение для смоделированных гамма-всплесков (8b) . При расчете преполагалось, что масса ядра равна 7 массам солнца, параметр Керра менялся в перделах (2-7), и магнитное энергия от 0.01 до 10-7. Сверхдлинное рентгеновское плато Среди нескольких сотен гамма-всплесков – два GRB070110 and GRB050904 не вписываются в обычную картину формирования X-Ray afterglow. У обоих всплесков обнаружено обширное плато тянущееся до 6000-7000 секунд в собственной системе отсчета. Troja et al. (2007) предположили, что столь длительное проявление активности связали с особенностями central engine и конкретно с образованием нейтронной звезды после коллапса ядра малой массы (меньше предела Оппенгеймера-Волкова). Сверхдлинное плато 0 4 GRB 060926 (оптическая вспышка открыта МАСТЕРом) Красное смещение 3.208 (V.D'Elia et al GCN5637). На рис. приведены данные оптических и рентгеновских наблюдений впышки. И теоретический расчет в модели спинара с парметрами a0=7.6 и . Заключенние • • • • • • • • • • • • Показано, как сопутствующие гамма-всплескам явления интерпретируются в модели спинара. Предложена простая физически прозрачная модели образования и коллапса спинара учитывающая следующие эффекты -центробежный барьер -диссипация вращательного момента -релятивистское исчезновение магнитного поля -эффекты увлечения систем отсчета -гравитационное красное смещение -давление ядерной материи Имеется удовлетворительное соответствие между статистическими свойствами Предвестников и рентгеновских вспышек. Дано объяснение явлению сверхдлинного рентгеновского плато Показано, что рентгеновские телескопы фиксировали в течении часа излучение объекта радиус которого меньше радиуса Шварцшильда