Прохождение гамма-всплеска через молекулярное облако: ионизационная структура облака

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Построена модель прохождения излучения гамма-всплеска через плотное молекулярное облако. В расчетах учитываются основные процессы взаимодействия излучения с веществом облака: ионизация атомов Н, Не, ионизация ионов металлов с учетом испускания Оже-электронов, ионизация и фотодиссоциация молекул Н₂, поглощение ультрафиолетового излучения в линиях Н₂ полос Лаймана и Вернера, испарение частиц пыли. Ионизация ионов металлов рентгеновским излучением определяет степень ионизации газа в области, где газ преимущественно нейтральный. Фотоионизация внутренних электронных оболочек ионов сопровождается испусканием Оже-электронов, что приводит к образованию ионов металлов в высоком ионизационном состоянии. В частности, лучевые концентрации ионов Mg, Si, Fe в состоянии ионизации I–IV много меньше, чем лучевые концентрации этих ионов в состоянии ионизации V и выше. Фотоионизация ионов металлов ультрафиолетовым излучением происходит только на расстояниях меньше радиуса испарения пыли и для нейтральных атомов с порогом ионизации меньше 13.6 эВ. Результаты наших расчетов подтвердили выдвинутое ранее предположение, что ионизация атомов не играет важную роль в поглощении излучения в рентгеновском диапазоне длин волн. Для низкой металличности, [M/H ] ≤ –1, роль атомов гелия является доминирующей.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

A. Нестерёнок

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: alex-n10@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

Әдебиет тізімі

  1. Акерлоф и др. (C. Akerlof, R. Balsano, S. Barthelmy, J. Bloch, P. Butterworth, D. Casperson, T. Cline, S. Fletcher, et al.), Nature 398, 400 (1999).
  2. Амати (L. Amati), MNRAS 372, 233 (2006).
  3. Архипов и др. (D.N. Arkhipov, S.A. Astashkevich, A.A. Mityureva, and V.V. Smirnov), Phys. Lett. A Phys. Lett. A 382, 1881 (2018).
  4. Бадьин Д.А., Блинников С.И., Постнов К.А., Письма в Астрон. журн. 36, 723 (2010) [D.A. Bad’in, S.I. Blinnikov, K.A. Postnov, Astron. Lett. 36, 687 (2010)].
  5. Барков М.В., Бисноватый-Коган Г.С., Астрон. журн. 82, 29 (2005а) [M.V. Barkov, G.S. Bisnovaty-Kogan, Astron. Rep. 49, 24 (2005a)].
  6. Барков М.В., Бисноватый-Коган Г.С., Астрон. журн. 82, 685 (2005б) [M.V. Barkov, G.S. Bisnovaty-Kogan, Astron. Rep. 49, 611 (2005b)].
  7. Барниол Дуран (R. Barniol Duran), MNRAS 442, 3147 (2014).
  8. вон Басч, Данн (F. von Busch and G.H. Dunn), Phys. Rev. A 5, 1726 (1972).
  9. Беньямини и др. (P. Beniamini, L. Nava, and T. Piran), MNRAS 461, 51 (2016).
  10. Беньямини, ван дер Хорст (P. Beniamini, and A.J. van der Horst), MNRAS 472, 3161 (2017).
  11. Болмер и др. (J. Bolmer, C. Ledoux, P. Wiseman, A. De Cia, J. Selsing, P. Schady, J. Greiner, S. Savaglio, et al.), Astron. Astrophys. 623, A43 (2019).
  12. Боссион и др. (D. Bossion, Y. Scribano, F. Lique, and G. Parlant), MNRAS 480, 3718 (2018).
  13. Брук и др. (E. Brook, M.F.A. Harrison, and A.C.H. Smith), J. Phys. B: Atom. Molec. Phys. 11, 3115 (1978).
  14. Бэнд и др. (D. Band, J. Matteson, L. Ford, B. Schaefer, D. Palmer, B. Teegarden, T. Cline, M. Briggs, et al.), Astrophys. J. 413, 281 (1993).
  15. Ваксман, Дрейн (E. Waxman and B.T. Draine), Astrophys. J. 537, 796 (2000).
  16. Ван и др. (Y. Wan, B.H. Yang, P.C. Stancil, N. Balakrishnan, N.J. Parekh, and R.C. Forrey), Astrophys. J. 862, 132 (2018).
  17. Вейнгартнер, Дрейн (J.C. Weingartner and B.T. Draine), Astrophys. J. 548, 296 (2001).
  18. Вернер, Яковлев (D.A. Verner and D.G. Yakovlev), Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 109, 125 (1995).
  19. Вернер и др. (D.A. Verner, G.J. Ferland, K.T. Korista, and D.G. Yakovlev), Astrophys. J. 465, 487 (1996).
  20. Волниевич и др. (L. Wolniewicz, I. Simbotin, and A. Dalgarno), Astrophys. J. Suppl. Ser. 115, 293 (1998).
  21. Вресвийк и др. (P.M. Vreeswijk, C. Ledoux, A. Smette, S.L. Ellison, A.O. Jaunsen, M.I. Andersen, A.S. Fruchter, J.P.U. Fynbo, et al.), Astron. Astrophys. 468, 83 (2007).
  22. Гарднер и др. (D.J. Gardner, D.R. Reynolds, C.S. Woodward, and C.J. Balos), ACM Transactions on Mathematical Software 48, 31 (2022).
  23. Голдштейн и др. (A. Goldstein, V. Connaughton, M.S. Briggs, and E. Burns), Astrophys. J. 818, 18 (2016).
  24. Гранот, Сари (J. Granot and R. Sari), Astrophys. J. 568, 820 (2002).
  25. Гухатхакурта, Дрейн (P. Guhathakurta and B.T. Draine), Astrophys. J. 345, 230 (1989).
  26. Гэй и др. (C.D. Gay, N.P. Abel, R.L. Porter, P.C. Stancil, G.J. Ferland, G. Shaw, P.A.M. van Hoof, and R.J.R. Williams), Astrophys. J. 746, 78 (2012).
  27. Дрейн, Бертольди (B.T. Draine, and F. Bertoldi), Astrophys. J. 468, 269 (1996).
  28. Дрейн, Ли (B.T. Draine and A. Li), Astrophys. J. 551, 807 (2001).
  29. Дрейн, Хао (B.T. Draine and L. Hao), Аstrophys. J. 69, 780 (2002).
  30. Дрейн (B.T. Draine), Astrophys. J. 598, 1026 (2003).
  31. Дрейн (B.T. Draine), Physics of the Interstellar and Intergalactic Medium (Princeton: Princeton Univer. Press, 2011).
  32. Жанг и др. (B. Zhang, E. Liang, K.L. Page, D. Grupe, B.-B. Zhang, S.D. Barthelmy, D.N. Burrows, S. Campana, et al.), Astrophys. J. 655, 989 (2007).
  33. Каастра, Меве (J.S. Kaastra and R. Mewe), Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 97, 443 (1993).
  34. Кампана и др. (S. Campana, C.C. Thöne, A. de Ugarte Postigo, G. Tagliaferri, A. Moretti, and S. Covino), MNRAS 402, 2429 (2010).
  35. Кампана и др. (S. Campana, R. Salvaterra, A. Melandri, S.D. Vergani, S. Covino, P. D’Avanzo, D. Fugazza, G. Ghisellini, et al.), MNRAS 421, 1697 (2012).
  36. Канеко и др. (Y. Kaneko, R.D. Preece, M.S. Briggs, W.S. Paciesas, C.A. Meegan, and D.L. Band), Astrophys. J. Suppl. Ser. 166, 298 (2006).
  37. Краутер (P. Crowther), Astron. Geophys. 53, 4.30 (2012).
  38. Кронгольд, Прочаска (Y. Krongold and J.X. Prochaska), Astrophys. J. 774, 115 (2013).
  39. Куккьяра и др. (A. Cucchiara, A.J. Levan, D.B. Fox, N.R. Tanvir, T.N. Ukwatta, E. Berger, T. Krühler, A.K. Yoldas, et al.), Astrophys. J. 736, 7 (2011).
  40. Куккьяра и др. (A. Cucchiara, M. Fumagalli, M. Rafelski, D. Kocevski, J.X. Prochaska, R.J. Cooke, and G.D. Becker), Astrophys. J. 804, 51 (2015).
  41. Кумар, Жанг (P. Kumar and B. Zhang), Phys. Rep. 561 1 (2015).
  42. Курран и др. (P.A. Curran, P.A. Evans, M. de Pasquale, M.J. Page, and A.J. van der Horst), Astrophys. J. 716, L135 (2010).
  43. Лаззати и др. (D. Lazzati, R. Perna, and G. Ghisellini), MNRAS 325, L19 (2001).
  44. Лаззати, Перна (D. Lazzati and R. Perna), MNRAS 330, 383 (2002).
  45. Лаззати, Перна (D. Lazzati and R. Perna), MNRAS 340, 694 (2003).
  46. Лаор, Дрейн (A. Laor and B.T. Draine), Astrophys. J. 402, 441 (1993).
  47. Лоддерс (K. Lodders), Space Sci. Rev. 217, 44 (2021).
  48. Нава и др. (L. Nava, G. Ghirlanda, G. Ghisellini, and A. Celotti), Astron. Astrophys. 530, A21 (2011).
  49. Нава и др. (L. Nava, R. Salvaterra, G. Ghirlanda, G. Ghisellini, S. Campana, S. Covino, G. Cusumano, P. D’Avanzo, et al.), MNRAS 421, 1256 (2012).
  50. Нава и др. (L. Nava, G. Vianello, N. Omodei, G. Ghisellini, G. Ghirlanda, A. Celotti, F. Longo, R. Desiante, et al.), MNRAS 443, 3578 (2014).
  51. Накар, Пиран (E. Nakar and T. Piran), MNRAS 353, 647 (2004).
  52. Накар, Пиран (E. Nakar and T. Piran), Astrophys. J. 619, L147 (2005).
  53. Оганесян и др. (G. Oganesyan, S. Karpov, O.S. Salafia, M. Jelínek, G. Beskin, S. Ronchini, B. Banerjee, M. Branchesi, et al.), Nature Astron. 7, 843 (2023).
  54. Остерброк, Ферланд (D.E. Osterbrock and G.J. Ferland), Astrophysics of gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei (Sausalito: Univer. Sci. Books, 2006).
  55. Панаитеску, Кумар (A. Panaitescu and P. Kumar), Astrophys. J. 571, 779 (2002).
  56. Пекино и др. (D. Péquignot, P. Petitjean, and C. Boisson), Astron. Astrophys. 251, 680 (1991).
  57. Перна, Лоеб (R. Perna and A. Loeb), Astrophys. J. 501, 467 (1998).
  58. Перна и др. (R. Perna, J. Raymond, and A. Loeb), Astrophys. J. 533, 658 (2000).
  59. Перна, Лаззати (R. Perna and D. Lazzati), Astrophys. J. 580, 261 (2002).
  60. Перна и др. (R. Perna, D. Lazzati, and F. Fiore), Astrophys. J. 585, 775 (2003).
  61. Петросян, Даинотти (V. Petrosian and M.G. Dainotti), Astrophys. J. 963, L12 (2024).
  62. Позаненко А.С., Барков М.В., Минаев П.Ю., Вольнова А.А., 47, 823 (2021) [A.S. Pozanenko, M.V. Barkov, P.Yu. Minaev, A.A. Volnova, Astron. Lett. 47, 791 (2021)].
  63. Прочаска и др. (J.X. Prochaska, H.-W. Chen, M. Dessauges-Zavadsky, and J.S. Bloom), Astrophys. J. 666, 267 (2007).
  64. Прочаска и др. (J.X. Prochaska, M. Dessauges-Zavadsky, E. Ramirez-Ruiz, and H.-W. Chen), Astrophys. J. 685, 344 (2008).
  65. Райан и др. (G. Ryan, H. van Eerten, A. MacFadyen, and B.-B. Zhang) Astrophys. J. 799, 3 (2015).
  66. Райан и др. (G. Ryan, H. van Eerten, L. Piro, and E. Troja), Astrophys. J. 896, 166 (2020).
  67. Растинежад и др. (J.C. Rastinejad, B.P. Gompertz, A.J. Levan, W. Fong, M. Nicholl, G.P. Lamb, D.B. Malesani, A.E. Nugent, et al.), Nature 612, 223 (2022).
  68. Рахин, Бехар (R. Rahin and E. Behar), Astrophys. J. 885, 47 (2019).
  69. Роджерс, Вильямс (C.D. Rodgers and A.P. Williams), J. of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 14, 319 (1974).
  70. Сантана и др. (R. Santana, R. Barniol Duran, and P. Kumar), Astrophys. J. 785, 29 (2014).
  71. Сари, Пиран (R. Sari and T. Piran), Astrophys. J. 520, 641 (1999).
  72. Сталинг и др. (R.L.C. Starling, R. Willingale, N.R. Tanvir, A.E. Scott, K. Wiersema, P.T. O’Brien, A.J. Levan, and G.C. Stewart), MNRAS 431, 3159 (2013).
  73. Танвир и др. (N.R. Tanvir, J.P.U. Fynbo, A. de Ugarte Postigo, J. Japelj, K. Wiersema, D. Malesani, D.A. Perley, A.J. Levan, et al.), MNRAS 483, 5380 (2019).
  74. Тон и др. (C.C. Thöne, J.P.U. Fynbo, P. Goldoni, A. de Ugarte Postigo, S. Campana, S.D. Vergani, S. Covino, T. Krühler, et al.), MNRAS 428, 3590 (2013).
  75. Уотсон и др. (D. Watson, J. Hjorth, J.P.U. Fynbo, P. Jakobsson, S. Foley, J. Sollerman, and R.A.M.J. Wijers), Astrophys. J. 660, L101 (2007).
  76. Уотсон и др. (D. Watson, T. Zafar, A.C. Andersen, J.P.U. Fynbo, J. Gorosabel, J. Hjorth, P. Jakobsson, T. Krühler, et al.), Astrophys. J. 768, 23 (2013).
  77. Ферланд и др. (G.J. Ferland, M. Chatzikos, F. Guzmán, M.L. Lykins, P.A.M. van Hoof, R.J.R. Williams, N.P. Abel, N.R. Badnell, et al.), Revista Mexicana de Astronomia y Astrofisica 53, 385 (2017).
  78. Финбо и др. (J.P.U. Fynbo, P. Jakobsson, J.X. Prochaska, D. Malesani, C. Ledoux, A. de Ugarte Postigo, M. Nardini, P.M. Vreeswijk, et al.), Astrophys. J. Suppl. Ser. 185, 526 (2009).
  79. Фокс и др. (A.J. Fox, C. Ledoux, P.M. Vreeswijk, A. Smette, and A.O. Jaunsen), Astron. Astrophys. 491, 189 (2008).
  80. Хаббелл и др. (J.H. Hubbell, Wm.J. Veigele, E.A. Briggs, R.T. Brown, D.T. Cromer, and R.J. Howerton), J. of Physical and Chemical Reference Data 4, 471 (1975).
  81. Хейнтц и др. (K.E. Heintz, D. Watson, P. Jakobsson, J.P.U. Fynbo, J. Bolmer, M. Arabsalmani, Z. Cano, S. Covino, et al.), MNRAS 479, 3456 (2018).
  82. Хиндмарш и др. (A.C. Hindmarsh, P.N. Brown, K.E. Grant, S.L. Lee, R. Serban, D.E. Shumaker, and C.S. Woodward), ACM Transactions on Mathematical Software 31, 363 (2005).
  83. Цветкова и др. (A. Tsvetkova, D. Frederiks, D. Svinkin, R. Aptekar, T.L. Cline, S. Golenetskii, K. Hurley, A. Lysenko, et al.), Astrophys. J. 908 83 (2021).
  84. Чанг и др. (Y.M. Chung, E.-M. Lee, T. Masuoka, and J.A.R. Samson), J. of Chemical Phys. 99, 885 (1993).
  85. Шади и др. (P. Schady, S. Savaglio, T. Krühler, J. Greiner, and A. Rau), Astron. Astrophys. 525, A113 (2011).
  86. Шади (P. Schady), Royal Soc. Open Sci. 4, 170304 (2017).
  87. Шоу и др. (G. Shaw, G.J. Ferland, N.P. Abel, P.C. Stancil, and P.A.M. van Hoof), Astrophys. J. 624, 794 (2005).
  88. Ян и др. (M. Yan, H.R. Sadeghpour, and A. Dalgarno), Astrophys. J. 496, 1044 (1998).
  89. Ян и др. (M. Yan, H.R. Sadeghpour, and A. Dalgarno), Astrophys. J. 559, 1194 (2001).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Рис. 1. Спектральная плотность светимости для разных компонент излучения гамма-всплеска (излучение активной фазы, оптической вспышки и послесвечения). По оси абсцисс отложена энергия фотонов в эВ, по оси ординат приведены значения изотропной спектральной плотности светимости в эрг с⁻¹ Гц⁻¹ (т.е. в предположении, что излучение распространяется в полный телесный угол 4≠). На графиках показана спектральная плотность светимости для четырех различных моментов времени: 1, 10, 10², 10³c.

Жүктеу (408KB)
3. Рис. 2. Зависимость степени ионизации и отношения масс пыли и газа от расстояния до источника гамма-всплеска. Для каждого расстояния приведены значения величин в один и тот же момент запаздывающего времени tmax = 10⁵ с.

Жүктеу (99KB)
4. Рис. 3. Зависимость распространенности Н, Не, Н2 и их ионов от расстояния до источника гамма-всплеска (в момент запаздывающего времени tmax = 10⁵с).

Жүктеу (145KB)
5. Рис. 4. Распространенность ионов C, N, O и Ne в различных ионизационных состояниях в зависимости от расстояния (в момент запаздывающего времени tmax = 10⁵с). Запись NV–NVII означает суммарную распространенность ионов с NV по NVII, и аналогично для других ионов.

Жүктеу (485KB)
6. Рис. 5. То же, что на рис. 4, только для ионов Mg, Si, S и Fe.

Жүктеу (507KB)
7. Рис. 6. Лучевая концентрация ионов C, N, O и Ne в различных ионизационных состояниях в зависимости от лучевой концентрации водорода NH,tot . На графиках не показаны лучевые концентрации полностью ободранных ионов (CVII, NVIII, OIX, NeXI). Результаты расчетов соответствуют моменту времени tmax = 10⁵с после начала гамма-всплеска.

Жүктеу (453KB)
8. Рис. 7. То же, что на рис. 6, только для ионов Mg, Si, S и Fe.

Жүктеу (474KB)
9. Рис. 8. Энергетический спектр излучения послесвечения гамма-всплеска после прохождения слоя облака, которое имеет лучевую концентрацию ядер водорода NH,tot. Спектр нормирован на значение спектра для энергии фотонов эВ. Показаны результаты расчетов для разных значений NH,tot. Результаты расчетов соответствуют моменту времени tmax = 10⁵С.

Жүктеу (171KB)

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».