ガンマ線バーストのハドロンモデル

GRBから期待される
ガンマ線光度曲線
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Lightcurve
浅野勝晃（東工大）
100keV
100 MeV
GeV
100 GeV
0.1
0.2
t[s]
0.3
8keV-260keV
GRB 080916C
260keV-5MeV
Long GRB
Delay
>100MeV
z=4.35
Eiso=8.8x1054erg
>1GeV
13GeV
3GeV
Abdo+ 2009
Short GRB 090510
Abdo+ 2009
8keV-260keV
260keV-5MeV
Short GRB
Precursor
Delay
z=0.903
Eiso=1053erg
>100MeV
>1GeV
31GeV, 3.4GeV
Extra Component: GRB 090510
Band+ Extra PL
GRB 090510：パイ中間子生成をトリガーとするカスケード
Asano, Guiriec & Meszaros 2009
-absorption
Hard spectrum ->
Low B -> Low pion
production effic.
R=1014 cm
G=1500
3
U B / U   10
L p / L  200
Band component
3.4GeV
Synchrotron and Inverse Compton due to secondary electron-positron pairs
GRB 090902B
Eiso=4x1054 erg
@ z=1.822
Abdo et al. ApJ 706, L138
GRB 090902B
Asano, Inoue and Meszaros 2010
f() [erg/cm2/s]
R=1014 cm, G=1300, Up/U=3, UB/U=1
10-5
10-6
Total
Band-comp.
e-e+-SYN
e-e+-IC
10-7
102
104
106
108
-SYN
 [eV]
Naked Eye GRB
GRB080319B
Eiso～1054erg
Racusin+ 2008
Naked Eyeもハドロンで説明可能
Asano, Inoue and Meszaros 2010
f() [erg/cm2/s]
R=1016 cm, G=1000, Up/U=45, UB/U=3
10-5
定常計算
10-6
Total
e-e+-SYN
Band-comp.
-7
p-SYN
-SYN
10
e-e+-IC
100
102
104
106
108
-SYN
1010
1012
 [eV]
時間発展コード
• ハドロンカスケードの効率、対生成による光
学的深さは定常近似に基づいている。
• 時間発展の効果を取り入れることで、現在要
求されている莫大な陽子の量を減らせない
か？
• シェルの膨張や磁場の時間発展。
• 対生成・自己吸収・トムソン散乱（光球モデ
ル）
現在開発中：
• 二次加速の効果。
レプトニックモデルはほぼ完成（Syn, IC, pair, SSA ）
テスト計算
電子 Index:2.2 PL 100MeV-10GeV 5x1010 erg cm-3
光子 0.001 eV 磁場 105G
断熱冷却
光子漏れ出し
dN  2  4R 
2
n
4
 cdt 
光子：Optically Thickの時だけ断熱冷却を効かせる。
電子：常に効かせる。
p  E 2 / c 2  m2c 2  V 1/ 3
V R
シェルの熱膨張無視（Simpleモデル）：
良く用いられる近似R
2
 R / G（シェル膨張モデル）：
V  R3
ちなみに
断熱不変量 p 2

/B
観測者系へ
dN
n()d
 cos 
ct 
ddS 
4
dN
dN

 2R 2  sin d
d
ddS 
R

d 
裏から出る分も考慮
cos 
cos  
1   cos
d
, dS   dS
2
2
G (1   cos)
R0
tobs  (1  z)(1   cos)Gt   R0 (1  cos) / c

 obs 
G(1   cos)(1  z )
Fluence
dN
N obs   d obs
, dSobs  D 2 d obs
d
dN
1 dN

 2
, D  DL /(1  z )
dSobs D d
計算例
z  1, R0  1014 cm, G  300,B0  104 G,
Ee,inj  1052 erg, pe  2.5,  p ,obs  300keV
シェルの厚さ一定
光度曲線
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Lightcurve
FRED
Lag
100keV
100 MeV
GeV
100 GeV
0.1
0.2
t[s]
0.3
観測者系でのスペクトル
オレンジ→赤→青
f() [erg/cm2/s]
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
100
103
106
109
 [eV]
積分したFluence
f() [erg/cm2]
10-6
Kneiskeの
モデルに沿った
背景放射による
吸収
3.2e-6 erg/cm2
10-7
10-8
10-9
z=1,
R0=1014cm, G=300, B0=104G, R=R0/G
Ee,inj=1052 erg, pe=2.5, tinj=R0/G/c, e=1,
p=300 keV
10-10
100
103
106
109
1012
 [eV]
背景放射
E2 n(E) [eV/cm3]
103
z=5
z=4
z=3
z=2
z=1
z=0.5
z=0.1
102
101
100
10-1
10-2
10-3
ミリ波
サブミリ波遠赤中間赤
近赤
可視
UV
-4
10
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
E [eV]
GeVをもっと受けやすいケース
z  1, R0  3 1015 cm, G  1000, B0  300G,
Ee,inj  1052 erg, pe  2.5,  p ,obs  800keV
オレンジ→赤→青
f() [erg/cm2/s]
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
100
103
106
109
 [eV]
可視光のラグ
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Lightcurve
100 MeV
1eV
100keV
GeV
100 GeV
0.5
1
t[s]
1.5
シェルの厚さ
Forward Shock
c/3
Reverse Shock
放射領域
R0 / G
Simpleモデル：
膨張モデル： R / G
に加えて、
Shocked Regionモデル：R0 / G / 100 2ct  / 3
Thin Shellモデル：
R0 / G / 100
などのバリエーションが有りえる。
Shocked Regionモデル
z  1, R0  1015 cm, G  300, B0  1000G,
Ee,inj  1052 erg, pe  2.5,  p ,obs  300keV
z  1, R0  1015 cm, G  300, B0  1000G,
Fluence
Ee,inj  1052 erg, pe  2.5,  p ,obs  300keV
f() [erg/cm2]
10-6
R=R0/G/100
10-7
R~2ct'/3
10-8
R=R0/G
R=R/G
10-9
100
103
106
109
1012
 [eV]
Simple Model
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
R0 / G
f() [erg/cm2/s]
10
-6
10-7
0
10
-8
10-9
10-10 0
10
102
104
106
108
オレンジ→赤→青
1010  [eV]
Lightcurve
1eV
100keV
100 MeV
100 GeV
GeV
1
2
3
t[s]
4
Thin Shell model
R0 / G / 100
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Lightcurve
1eV
100keV
GeV
100 MeV
100 GeV
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4 t[s]
まとめ
• レプトンモデル
– FRED、Lag
– ICによるGeV放射は遅れない。
– 光度曲線には多彩なパラメータ依存性（ラグな
ど）
– 放射領域の物理がわからないか？
• 今後の方向性
– 残光（簡単）
– ハドロンモデル（GeV Delayが期待）
– 二次加速
– 光球モデル（CTAとは直接関係しない）

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