GRBから期待されるガンマ線光度曲線

浅野勝晃（東工大）

t[s]

GeV

100 GeV

100keV

100 MeV

Lightcurve

0 0.1 0.2 0.3

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

GRB 080916C

>100MeV

>1GeV

260keV-5MeV

8keV-260keV

z=4.35Eiso=8.8x1054erg

Long GRB Delay

3GeV

13GeVAbdo+ 2009

Short GRB 090510

Short GRB Precursor Delay

z=0.903Eiso=1053erg

8keV-260keV

260keV-5MeV

>100MeV

>1GeV31GeV, 3.4GeV

Abdo+ 2009

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

3.4GeV

R=1014 cm=1500

200/

10/ 3

LL

UU

p

B

Synchrotron and Inverse Compton due to secondary electron-positron pairs

Band component

-absorption

Asano, Guiriec & Meszaros 2009Hard spectrum -> Low B -> Low pion production effic.

GRB 090902B

Eiso=4x1054 erg @ z=1.822Abdo et al. ApJ 706, L138

GRB 090902B

f() [erg/cm2/s]

[eV]

e-e+-SYN

Total

R=1014 cm, =1300, Up/U=3, UB/U=1

-SYNe-e+-IC

Band-comp.

102 104 106 10810-7

10-6

10-5

Asano, Inoue and Meszaros 2010

Naked Eye GRB

GRB080319B

Eiso ～ 1054erg

Racusin+ 2008

Naked Eye もハドロンで説明可能

f() [erg/cm2/s]

[eV]

e-e+-SYN

Total

R=1016 cm, =1000, Up/U=45, UB/U=3

e-e+-IC

Band-comp.-SYN

p-SYN

-SYN

100 102 104 106 108 1010 1012

10-7

10-6

10-5

定常計算

Asano, Inoue and Meszaros 2010

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）• 二次加速の効果。現在開発中： 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

ちなみに 断熱不変量 Bp /2

光子漏れ出し

tcdn

RdN

4

42 2

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。

3/12222 / VcmcEp

シェルの熱膨張無視（ Simple モデル）： 2RV 良く用いられる近似 （シェル膨張モデル）： /RR 3RV

観測者系へ

0R

RSdd

dNdR

d

dN

tcdn

Sdd

dN

sin2

4

)(cos

2

dSSdd

d

,

)cos1( 22

cRtzt /)cos1()cos1()1( 0obs

)1)(cos1(obs z

Fluence

)1/( ,1

,

L2obs

obs2

obsobsobs

zDDd

dN

DdS

dN

dDdSd

dNdN

裏から出る分も考慮

cos1

coscos

計算例

シェルの厚さ一定

keV300 ,5.2 erg,10

G,10 300, cm,10 ,1

,52

inje,

40

140

obspepE

BRz

光度曲線

t[s]

GeV

100 GeV

100keV

100 MeV

Lightcurve

0 0.1 0.2 0.3

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

FREDLag

観測者系でのスペクトル

[eV]

f() [erg/cm2/s]

100 103 106 10910-10

10-9

10-8

10-7

10-6

オレンジ→赤→青

積分した Fluence

[eV]

f() [erg/cm2]

3.2e-6 erg/cm2

z=1,R0=1014cm, =300, B0=104G, R=R0/Ee,inj=1052 erg, pe=2.5, tinj=R0//c, e=1,p=300 keV

100 103 106 109 1012

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6 Kneiske のモデルに沿った背景放射による吸収

背景放射

z=5 z=4 z=3 z=2 z=1 z=0.5 z=0.1

E2 n(E) [eV/cm3]

E [eV]

ミリ波 サブミリ波 遠赤 中間赤 近赤 可視 UV

10-4 10-3 10-2 10-1 100 10110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

GeV をもっと受けやすいケース

[eV]

f() [erg/cm2/s]

100 103 106 10910-10

10-9

10-8

10-7

10-6

keV800 ,5.2 erg,10

G,300 00,01 cm,103 ,1

,52

inje,

015

0

obspepE

BRz

オレンジ→赤→青

可視光のラグ

t[s]

GeV

100 GeV

100keV

100 MeVLightcurve

1eV

0 0.5 1 1.5

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

シェルの厚さ

Forward Shock

Reverse Shock放射領域

c/3 Simple モデル：膨張モデル：

/0R/R

に加えて、

Shocked Region モデル： 3/2100//0 tcR Thin Shell モデル： 100//0 R

などのバリエーションが有りえる。

Shocked Region モデルkeV300 ,5.2 erg,10

G,1000 00,3 cm,10 ,1

,52

inje,

015

0

obspepE

BRz

Fluence

[eV]

f() [erg/cm2]

R=R0/

R=R/

R~2ct'/3

R=R0//100

100 103 106 109 1012

10-9

10-8

10-7

10-6

keV300 ,5.2 erg,10

G,1000 00,3 cm,10 ,1

,52

inje,

015

0

obspepE

BRz

Simple Model

[eV]

f() [erg/cm2/s]

100 102 104 106 108 101010-10

10-9

10-8

10-7

10-6

/0R

t[s]

GeV100 GeV

100keV

100 MeV

Lightcurve

1eV

0 1 2 3 4

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

オレンジ→赤→青

Thin Shell model

t[s]

GeV

100 GeV

100keV

100 MeV

Lightcurve

1eV

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

100//0 R

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）