GRMHD Simulations of Disk/Jet Systems: Application to the Inner Engines of Collapsars
我们对Kerr黑洞吸积盘自洽发射的喷流进行了二维和三维的广义相对论磁流体动力学模拟，并将模拟结果应用于伽马射线暴的Eksar模型的内部引擎。吸积流在盘/喷流系统的轴向漏斗区域发射高能喷流，以及大量的日冕风。喷流的特征是极热的超相对论气体的结状结构;这些结中的气体在内部发动机附近以中等速度开始，并通过轴向漏斗中的洛伦兹力加速到超相对论速度（洛伦兹因子为50或更高）。喷流速度的增加发生在从内部发动机延伸到至少几百个重力半径的加速区中。喷流的整体能量与自旋密切相关，高自旋黑洞产生最高的能量和质量通量。此外，在高自旋黑洞中，超相对论流出物在黑洞的几百个引力半径内是圆柱形准直的，而在零自旋情况下，喷流保持约16度的恒定张开角。模拟还显示，日冕风虽然比喷流慢得多，也冷得多，但也携带了大量的质量和能量。当模拟数据按比例缩放到一颗恒星的物理尺寸时，喷流的运行时间从0.1秒到1.4秒不等，直到吸积盘耗尽，将$10^{48}$输送到$10^{49}$ erg。
2005-05-05 astro-ph
Collapsars
讨论了由黑洞吸积提供动力的各种恒星爆炸。所有这些都涉及到中微子能量沉积未能引发强烈的超新星爆炸。决定产生的高能瞬变类型的一个关键量是发动机工作时间$\rm t_{engine}$与爆炸从恒星表面爆发的时间$\rm t_{bo}$之比。具有足够角动量的恒星在它们的中心会产生“黑洞”--通过圆盘快速吸积的黑洞。坍缩可以发生在半径范围很广的恒星中，这取决于坍缩前质量损失的大小。恒星半径和喷流的性质决定了爆炸的聚束程度。在某些情况下，恒星的包层可以将爆炸聚焦到狭窄的光束角度。重子负载的各种模型的经典伽玛暴形成的大质量恒星的检查和后果进行了探讨。对于$\rm t_{engine} > t_{bo}$，高度相对论外流是可能的，并可以产生经典的伽玛暴伴随着超新星。在其他情况下，超高能，不对称的超新星产生。较长的伽玛暴（$t \gtaprx 100 \s$）可以通过弱中微子驱动的超新星爆炸后的回落产生。
2000-01-23 astro-ph
The Proto-neutron Star Phase of the Collapsar Model and the Route to Long-soft Gamma-ray Bursts and Hypernovae
最近的恒星演化计算的低金属丰度大质量快速旋转的主序星产生铁的核心在崩溃赋予高角动量。高角动量和黑洞的形成被认为是长软伽马射线暴（GRB）的Eksar模型的关键组成部分。在这里，我们提出了2D多组，通量限制扩散MHD模拟的崩溃，反弹，并立即反弹后阶段的35 Msun的Woosley & Heger的候选人模型。我们发现，磁旋转不稳定性（MRI）的毫秒周期中子星，磁驱动的爆炸englomerate在原中子星阶段，在重子加载的非相对论性喷流的形式，并没有形成的黑洞，中央的Eksar模型的表面层的微分旋转。巧合的是，尽管围绕恒星质量损失、角动量输运、磁场和磁共振成像的不确定性很大，但目前的低金属丰度化学均匀演化模型产生了具有铁核的大质量恒星，这些恒星可能有太多的角动量，无法避免在反弹后立即发生磁驱动的超超新星爆炸。我们推测，在铁的核心快速旋转可能会抑制，而不是使，双星的形成，这需要一个大的角动量不是在核心，但以上it. Variations在大质量恒星的角动量分布在核心坍缩可能解释的多样性Ic型超新星/hypernovae和他们可能与伽玛暴。一个推论可能是，通过角动量分布对磁场放大的影响，而不是原始质量来区分这些结果。
2007-12-06 astro-ph
Collapsars, Gamma-Ray Bursts, and Supernovae
当一个黑洞经历了一个盘的非常快速的吸积时，由于一个被赋予旋转的大质量前超新星恒星的不完全爆炸，各种各样的现象都是可能的。在最极端的情况下，在旋转的氦星、黑洞和吸积盘形式中，传出的激波迅速失效，并产生强烈的伽马射线暴（GRB）。然而，也可能有更常见的情况下，黑洞形成后，从几十秒到几个小时的延迟约0.1至5个太阳质量回落到崩溃的残骸后，温和的成功超新星爆炸。在那里，经常被用来产生伽马射线暴的同样的磁流体动力学机制也会在已经处于爆炸过程中的恒星中产生喷流。超新星爆发前的恒星可能是沃尔夫-拉叶星或红或蓝超巨星。喷流的准直度也会因初始压力的不同而不同，因为“热”喷流会倾向于发散，并与恒星的其他部分分享能量。从这些情况中，人们可以预期不同的结果，从具有大范围能量和持续时间的伽马射线暴到具有弱伽马射线暴的不对称高能超新星。SN 1998 bw可能是一颗恒星的爆炸，其回落产生了一个黑洞和一个比即时形成的黑洞更不准直的喷流。
1999-09-02 astro-ph
Collapsars in Three Dimensions
我们提出的直接崩溃到一个旋转的，60太阳质量，零金属，人口III星的黑洞的三维模拟结果。由于这颗恒星的结构（角动量、密度和温度分布）与许多半人马座伽马射线暴的祖先相似，这些计算的意义超出了第三星族恒星的命运。这些模拟提供了第一个三维的外观在一个现实的Bracksar祖，结果是非常不同的，从任何以前的二维计算。如果先驱体的角动量很高，坍缩核心的非轴对称不稳定性会导致螺旋结构的形成，这些结构会形成后来的外流。这些外流是由粘性加热和低效的中微子冷却之间的不平衡驱动的，最终发展成1e52 erg爆炸。如果没有磁场，这种坍缩不会产生相对论性喷流，但爆炸确实是一颗超新星。最后，我们讨论了这种计算的影响爆炸，核合成，中微子流量和引力波发射的大质量恒星的崩溃。
2006-08-01 astro-ph
Fragmentation of Collapsar Disks and the Production of Gravitational Waves
我们认为，引力不稳定性的外围部分的恒星盘可能会导致附近的半径氦光致衰变的碎片，因为这个过程提供了强大的冷却。这种物理学为碎裂条件和引力束缚团块的性质设定了明确的物理尺度。碎片的坍缩一直持续到中子简并，可能产生质量约为0.1- 1兆太阳的中子星。我们发现，由中央黑洞的碎片和吸积的潮汐破坏太快，从长伽马射线暴观测到的X射线耀斑的持续时间帐户。在破裂之前，碎片的迁移是由引力辐射和盘粘性驱动的，它们共同作用产生了独特的引力波信号。先进的LIGO可能能够在~100 Mpc范围内探测到这样的源。
2006-12-15 astro-ph
Relativistic Jets from Collapsars: Gamma-Ray Bursts
越来越多的观测证据支持这样一个命题，即伽马射线暴（GRB）是由大质量氦星的相对论喷流提供动力的，这些氦星的核心坍缩成黑洞和一个吸积盘（氦星）。我们使用一个二维的特殊的相对论流体动力学代码的PPM形式主义的基础上，通过恒星的祖先和它的风的相对论射流的传播模型。喷流从恒星中出来时，前面有一个塞子，周围有一个茧。在喷流向恒星外传播的过程中，喷流的内能转化为动能，同时茧向外和向侧面膨胀，从而获得高洛伦兹因子。茧和恒星风之间的外部冲击可以产生$γ$射线和硬X射线瞬变。射流束与塞的相互作用也会对两者产生实质性的影响，并可能导致短硬伽玛暴。喷流本身的内部冲击可能产生长而软的伽玛暴。
2002-09-23 astro-ph
Accretion modes in collapsars - prospects for GRB production
我们探讨低角动量吸积流到黑洞后形成的大质量恒星核心崩溃。特别是，我们认为准球形下降到恒星质量的黑洞在超临界制度，其中的吸积率是在0.001 - 0.5太阳质量每秒和中微子占主导地位的冷却气体的状态。以前的研究假设，为了使黑洞切换到发光状态，需要满足条件l >> r_g c，其中l是下落气体的比轨道角动量，r_g是Schwarszchild半径。我们认为，当黑洞周围的超吸积恒星质量盘的角动量刚好超过盘形成的阈值l ~ 2 rgc时，其中的流动很可能过渡到高辐射态。在l位于r_g c和2 r_g c之间的范围内，由于广义相对论效应，气体迅速螺旋进入黑洞，而不需要任何水平粘性应力的帮助，形成矮盘。对于l大于2 r_g c的高旋转速率，亮度由黑洞周围的大的、热的赤道气泡提供。在l ~ 2 rgc处获得了最高的中微子光度，并且该角动量值也产生了最高能量的中微子，从而也产生了最高的能量沉积率。考虑到l的范围，我们认为，只要l大于2 r_g c，低角动量核实际上可能更适合于在超新星和伽马射线暴中产生中微子驱动的爆炸。
2006-01-09 astro-ph
Nucleosynthesis in Magnetically Driven Jets from Collapsars
我们已经做了详细的计算，磁驱动喷流的组成，喷射出的bracksars，或快速旋转的大质量恒星，基于长期的磁流体动力学模拟的核心崩溃与各种分布的磁场和角动量的崩溃前。我们使用一个大型的核反应网络，跟踪了大约4000种核素的丰度从坍缩阶段到喷射阶段以及通过喷流生成阶段的演变。我们发现，r-过程成功地运作，只有在充满活力的喷流（> 1 e51尔格），使U和Th的合成丰富，即使在磁星有一个相对较弱的磁场（1 e10 G）和适度旋转的核心崩溃前。喷流内部的丰度模式与太阳系中r元素的丰度模式相似。大约0.01-0.06 Msun的富中子重核被高能喷流喷出。较高能量的喷流具有较大量的Ni 56，从0.00037到0.06Msun不等。能量较低的喷流，喷射出少量的镍56，可以诱发超新星的伽马射线暴，如GRB 060505或GRB 060614。如果伽玛暴和超新星都是由黑洞附近的喷流诱发的，那么相当数量的r-元素很可能从伽玛暴和超新星中喷射出来。
2008-04-07 astro-ph
Explosive Nucleosynthesis from GRB and Hypernova Progenitors: Direct Collapse versus Fallback
长时间伽马射线暴背后的伽马星引擎提取了坍缩恒星快速吸积到恒星质量的黑洞中释放的能量。在坍缩的恒星中，这种黑洞可以通过两种方式形成：恒星核心直接坍缩成黑洞，以及在微弱的超新星爆炸中由回落引起的黑洞的延迟坍缩。对于延迟坍缩的黑洞，强的超新星驱动爆炸在冲击波爆发之前超过了弱的超新星爆炸，很难将这种黑洞形成场景与直接坍缩场景区分开来。然而，延迟坍缩机制，其双重爆炸，产生爆炸性的核合成产额，是非常不同的直接坍缩的情况。我们提出了1维的研究从两个黑洞形成的情况下，核合成产量的差异和趋势。
2006-04-21 astro-ph
A Fallback Disk Model for Ultraluminous X-ray Sources
目前的恒星演化模型预测，在大质量恒星的核心坍缩过程中，相当数量的恒星物质会落回致密的坍缩残余物（中子星或黑洞），通常以吸积盘的形式存在。这引发了快速的质量吸积，例如，黑洞，并产生高能爆炸称为伽马射线暴。然而，从观测上证明新生黑洞周围存在吸积盘是非常困难的。在这里，我们证明了附近星系中的一些超亮X射线源，它们与超新星遗迹有关，可能是黑洞从它们的后备盘中吸积出来的，即，它们是从SARS进化而来的。由于几乎可以肯定在这些黑洞周围存在着一个吸积盘，这将首次为黑洞模型提供观测支持。
2003-09-11 astro-ph
Supernovae, Jets, and Collapsars
我们考虑超新星爆炸和可能产生的各种高能量瞬变延迟黑洞形成的大质量恒星旋转赋予。在通常的中微子动力机制“成功”发射一次冲击之后，恒星的内层向外移动，但缺乏足够的能量将所有物质喷射到中子星外部。在几分钟到几小时的时间里，大约0.1到5个太阳质量的质量会落回坍缩的残骸中，通常会把它变成一个黑洞，并形成一个吸积盘。吸积速率约为每秒0.001至0.01太阳质量，不足以产生中微子湮灭介导的喷流，但类似于磁流体动力学（MHD）模型中对伽马射线暴（GRB）的描述。因此，我们考虑在已经处于爆炸过程中的恒星中由“回落”形成的喷流的影响。我们证明参数化的喷流功率作为一个常数乘以质量吸积率，$ε\dot {\rm M} c^2$，并探讨的后果$ε$ = 0.001和0.01。在超巨星中，冲击爆发产生明亮的x射线瞬变，这可能是模型的诊断。回落产生的喷流应该比黑洞迅速形成的喷流更频繁，可能为宇宙中最常见的伽马射线瞬变形式提供动力，尽管这不是BATSE迄今为止看到的最常见形式。这些仍然归因于黑洞的迅速形成，但迄今为止观测到的伽玛暴的不同能量可能主要反映了恒星内部喷流的可变准直性，以及由此产生的相对论性喷出物的高度可变比例。实际上，这些事件可能都具有接近10 $^{52}$ erg的共同总能量。
1999-10-02 astro-ph
Dead Zone Formation and Nonsteady Hyperaccretion in Collapsar Disks : A Possible Origin of Short-Term Variability in the Prompt Emission of Gamma-Ray Bursts
伽马射线暴（GRB）的中心引擎被认为是一个热而致密的盘，它与一些太阳质量的黑洞发生了超吸积。我们调查的磁旋转不稳定性（MRI）积极运作的超吸积盘，这可能会导致角动量输运的磁盘。超吸积盘的内部区域可以是中微子不透明的，中微子的能量和动量传输可以显著影响磁共振成像的生长。在合理的吸积盘模型和弱磁场$B \lesssim 10^{14} \rm{G}$条件下，发现在超吸积盘的内部区域，磁共振成像受到中微子粘性的强烈抑制。另一方面，磁共振成像可以驱动主动MHD湍流的中微子透明的外部区域，而不管场强。这表明重子物质被积累到内部死区，在那里MRI不活跃地生长并且角动量输运是低效的。当死区获得大量的质量，并成为引力不稳定，强烈的质量吸积到中央黑洞将发生间歇性通过引力扭矩。这一过程可能是伽玛暴瞬时发射短期变化的物理机制。最后，在我们的情节吸积情景的背景下，在X射线余辉的耀斑活动的起源进行了预测。
2007-03-16 astro-ph
Gamma Ray Burst Production and Supernova Signatures in Slowly Rotating Collapsars
我们认为吸积到新生的黑洞的旋转大质量的恒星核心崩溃后，在离心支撑的磁盘让位于近径向流入低角动量的阈值。对于取自超新星前（pre-SN）演化计算的实际初始条件，所涉及的密度和温度需要使用详细的状态方程和中微子冷却过程，以及对广义相对论影响的定性考虑。通过二维动力学计算，我们展示了如何的能量释放的影响的旋转速率和角动量运输的强度，从而产生定性不同的解决方案的限制，高和低的角动量，每个都能够供电的伽马射线暴（GRB）。我们探讨了在这两个制度中产生Fe族元素的可能性，并建议，虽然大型和大规模的离心支撑盘能够驱动强大的外流与可能的SN样签名，准径向流缺乏这样的功能，并可能产生GRB没有这样的伴随功能，如GRB 060505。
2009-03-04 astro-ph
Numerical Study on GRB-Jet Formation in Collapsars
利用ZEUS-2D程序对产生伽玛暴喷流的双星系统进行了二维磁流体动力学模拟，考虑了真实的物态方程、中微子冷却和加热过程、磁场、中心黑洞的引力和自引力.研究发现，中微子加热过程对喷流的产生并不十分有效。研究还发现，喷流的发射主要是由B_∞场引起的，而B_∞场又被卷紧效应放大。然而，由于喷流中总能量相对于静止质量能量的比率不高达几百，我们得出结论，在这项研究中看到的喷流不是伽玛暴喷流。这一结果表明，广义相对论效应，这是不包括在这项研究中，将是重要的产生伽玛射线暴喷流。此外，吸积盘与磁场可能仍然发挥重要作用，发射伽玛射线暴喷流，虽然模拟更长的物理时间（\sim 10-100秒），需要确认这种效果。结果表明，在吸积盘中合成了大量的~（56）Ni。因此，吸积盘有可能提供足够量的56 Ni来解释超新星的亮度。此外，它表明，由于电子捕获与每个重子的高熵的富中子物质是沿极轴喷射。此外，还发现由于v_e在该区域的捕获，黑洞附近极轴周围的电子分数大于0.5。因此，在这些区域有可能发生r-过程和r/p-过程核合成。最后，许多中子将从喷流中喷射出来，这表明来自中子衰变的信号可以作为余辉或伽马射线的延迟碰撞来观察。
2006-12-23 astro-ph
Jets in Supermassive and Stellar-Mass Black Holes
相对论流出是吸积黑洞中的一种常见现象。尽管在尺度上存在巨大差异，X射线双星和双星中的恒星质量黑洞，以及星系动力中心的超大质量黑洞，都是具有类似物理性质的喷流源。对微类星体、伽马射线暴和活动星系核的研究之间的协同作用应该有助于深入了解宇宙中随处可见的相对论喷流的物理学。
2003-02-11 astro-ph
Microquasars as sources of high energy phenomena
相对论流出是吸积黑洞中的一种常见现象。尽管在尺度上有巨大的差异，吸积恒星质量的黑洞（X射线双星）和超大质量的黑洞产生的喷流具有相似的物理性质。在这里，我回顾了微类星体作为相对论喷流，伽马射线，宇宙射线和高能中微子的来源。
2002-11-05 astro-ph
Jet Formation in Black Hole Accretion Systems II: Numerical Models
在一篇同伴理论论文中，我们提出了射流形成的统一模型。我们认为，在吸积黑洞附近主要形成两种类型的相对论喷流：一种是潜在的超相对论坡印廷主导喷流，另一种是坡印廷重子喷流。我们表明，对于Bracksar模型，中微子驱动的焓通量（经典火球模型）可能是占主导地位的Blandford-Znajek能量通量，它预测喷流洛伦兹因子$Γ\sim 100-1000$。我们发现，辐射效率低的活动星系核，如M87，同步加速器冷却限于$Γ\sim 2-10$。辐射效率高的X射线双星，如GRS 1915 +105，康普顿阻力限制在$Γ\lesssim 2$，但喷流可能会被康普顿阻力破坏。然而，坡印廷重子喷流是一个与$Γ\sim 1-3$准直流出。在这里，我们提出了广义相对论流体磁模拟黑洞吸积与对创建用于模拟喷流形成的伽玛暴，活动星系核，和x射线双星。我们的Bracksar模型显示了一个典型的$Γ\sim 100-1000$和高斯结构的补丁“磁火球”的发展。喷流的时间变化主要由$\gtrsim 10^2$引力半径的环向场不稳定性决定。具有$Γ\sim 1.5$的更广泛的坡印廷重子喷流可能有助于超新星的形成。
2005-06-16 astro-ph
Gamma-Ray Bursts: The Central Engine
各种各样的争论表明，最常见的伽马射线暴（GRB）形式，那些长于几秒钟的，涉及超新星事件中黑洞的形成。我们讨论了两种“黑洞”模型，一种是黑洞迅速形成--在铁核坍缩后一秒钟左右--另一种是形成较晚，在几分钟到几小时的“回落”之后。在大多数情况下，从快速吸积的盘（和快速旋转的黑洞）中提取能量是通过磁流体动力学过程实现的，尽管中微子动力模型在吸积率大于每秒0.05太阳质量的情况下仍然可行。伽玛射线暴只是伴随黑洞诞生的一种可观测现象，本文还讨论了其他可能性，其中一些（长而微弱的伽玛射线暴和软X射线瞬变）可能有待发现。由于它们都涉及到类似质量的黑洞吸积一到几个M \sun，因此，类星体具有接近标准的总能量，约为10**52 erg，但作为高度相对论性物质喷射的能量部分和能量随角度的分布都是高度可变的。解释了为什么推测的伽玛暴光度可能与时间尺度成反比，并给出了反对超巨星产生普通伽玛暴的论据。
1999-12-23 astro-ph
Low-Luminosity GRB 060218: A Collapsar Jet from a Neutron Star, Leaving a Magnetar as a Remnant?
伽马射线暴（GRB）060218的亮度比典型的长GRB低10^5倍，与超新星（SN）有关。射电余辉显示没有喷流中断，因此这种爆发可能是由扫过恒星表面的SN激波产生的轻微相对论性球形外流引起的。由于这个模型在能量上是困难的，我们建议无线电余辉是由最初准直流出（喷流）的非相对论相位产生的。我们的喷流模型是由SN分量中的光学线性偏振检测支持的。我们还分析表明，喷流可以穿透祖星。我们分析了这次爆发的瞬发观测数据，得到了一条平滑的幂律光变曲线，其持续时间可能超过10^6秒。这种行为与典型伽玛暴X射线耀斑的长间歇活动形成对比，这意味着这种爆发的中心引擎不同于典型伽玛暴。这一论点与对这次爆发的SN分量的分析是一致的，这表明祖先星的质量较小，坍缩成中子星而不是黑洞。这种低光度伽玛暴的准直校正事件率估计比典型的长伽玛暴高10倍左右，它们可能形成不同的伽玛暴种群：低光度伽玛暴是由大质量恒星坍缩时来自中子星的轻度相对论喷流产生的，而典型的长伽玛暴是由来自黑洞的高度相对论喷流产生的。我们认为GRB 060218的中心发动机是一颗脉冲星（或磁星），其初始自转周期P0 ~ 10 ms，磁场磁场B ~ 10 ^16 G.将来可能会观测到磁星的巨大耀斑。
2007-01-08 astro-ph
Formation Rates of Black Hole Accretion Disk Gamma-Ray Bursts
虽然已经提出了许多关于伽玛暴的模型，但目前支持的模型都是基于恒星质量黑洞的形成和/或快速吸积。我们提出了人口合成计算这些模型使用Monte Carlo方法，其中许多不确定的参数，这样的计算是不同的。我们估计了每类模型的事件率以及在形成和突发产生之间具有显著延迟的那些模型的传播距离，即，双中子星（DNS）合并和黑洞-中子星（BH/NS）合并。为了合理地假设人口合成中的许多不确定性，我们计算了宇宙中每天的事件率：i）合并中子星：~100/天; ii）中子星黑洞合并：~450/天; iii）中微子：~ 10，000/天; iv）氦星黑洞合并：~1000/天; v）白矮星黑洞合并：~20/天。然而，这些数字的不确定性范围非常大，通常为两到三个数量级。这些速率还必须乘以任何相关的波束因子和采样分数（如果没有观察到整个通用模型集）。根据宿主星系的质量，一半的DNS和BH/NS合并将发生在距离星系中心60 kpc（对于银河系质量）到5 Mpc（对于质量可以忽略的星系）的范围内。由于延迟时间的存在，中子星和黑洞的合并将发生在红移0.5到0.8倍的其他类别的模型。信息仍然缺乏关于主机的短硬爆，但我们认为，它们是由于DNS和BH/NS合并，因此最终将被确定为位于星系外，并在一个更近的平均距离比长的复杂的爆发（我们归因于双星）。
1999-04-09 astro-ph
Long Gamma-Ray Burst Progenitors: Boundary Conditions and Binary Models
观测到的长伽马射线暴（LGRB）与奇特的Ic型超新星的关联支持了Woosley的超新星/超新星模型，其中GRB是由大质量恒星的快速旋转核心坍缩成黑洞产生的。LGRB与小型恒星形成星系的关联表明，低金属丰度是大质量恒星演化到巨恒星阶段的条件。完全混合的单星模型和双星模型都是可能的。在双星模型中，伽马射线暴的前身是一颗大质量的氦星和一颗近伴星。我们发现，在核心氦燃烧的潮汐同步达到一个很短的时间尺度（不到几千年）。然而，在随后的演化阶段，强烈的核-壳耦合可能会排除氦星与主序星的同伴作为超新星/伽玛暴的祖先。另一方面，氦星与中子星或黑洞伴星组成的密近双星，尽管在氦燃烧后的阶段有很强的核壳耦合，仍然可以保持足够的核角动量来产生超新星/伽玛暴。
2007-04-04 astro-ph
The gamma-ray burst GRB060614 requires a novel explosive process
在过去的十年中，由于发现和观测到了长寿命余辉辐射，我们对伽马射线暴（GRB）的物理认识有了迅速的进展。长持续时间（T < 2 s）的伽玛暴与大质量恒星（"超新星“）的爆炸性死亡有关，这会产生伴随的超新星，而短持续时间（T > 2 s）的伽玛暴则来自不同的起源，这被认为是两个致密物体的合并，无论是中子星还是黑洞。在这里，我们提出了GRB 060614的观测结果，这是雨燕卫星发现的一个100秒长的爆发，它需要调用一个新的爆炸过程：要么是一个大规模的“Bracksar”，为GRB提供动力，而没有任何相关的超新星，要么是一种新型的发动机，像Bracksar一样长寿，但没有任何这样的大规模恒星宿主。我们还讨论了这个爆发的红移z=0.125的宿主星系，它区别于其他长持续时间的GRB，并建议，一个全新的类型的GRB祖可能需要的属性。
2006-08-11 astro-ph
Collapsars - Gamma-Ray Bursts and Explosions in "Failed Supernovae"
使用二维流体动力学代码（PROMETHEUS），我们研究了旋转的大质量氦星的持续演化，其铁核塌缩没有产生成功的传出冲击，而是形成了一个黑洞。我们研究了盘的形成、相关的流动模式以及盘粘性参数α ~ 0.001和0.1的吸积率。对于标准的14太阳质量模型，15秒的平均吸积速率为每秒0.07太阳质量，中微子湮灭沿旋转轴沉积的总能量为（1 - 14）x 10**51 erg，这取决于克尔参数的演变和不确定的中微子效率。在极地地区模拟这种能量的沉积导致了强烈的相对论性外流-喷流射到大约1.5%的天空。喷流仍然高度集中，并能够在5 - 10秒内穿透恒星。在喷流突破恒星表面后，高度相对论性的流动就开始了。由于物质抛射和喷流对吸积率、角动量和盘粘性的敏感性，以及观测结果随视角的变化，从明亮的GRB 971214到微弱的GRB超新星SN 1998 bw，都可能出现大范围的结果。当喷流第一次从恒星中爆发出来时，X射线的前兆也是可能的。虽然只有一小部分超新星会产生伽玛暴，但我们预测所有超过几秒的伽玛暴都会产生类似于SN 1998 bw的超新星。然而，在这个模型中，短于几秒的坚硬、高能伽玛暴将很难制造。
1998-10-19 astro-ph
Gamma-Ray Bursts from tidally spun-up Wolf-Rayet stars?
Bracksar模型需要快速旋转的沃尔夫-拉叶星作为长伽马射线暴的祖先。然而，沃尔夫-拉叶星由于其强烈的恒星风而迅速失去角动量。我们研究了在一个双星系统中，沃尔夫-拉叶星与致密天体的潮汐相互作用是否能使沃尔夫-拉叶星旋转到足以产生一个双星。我们计算了密切的沃尔夫-拉叶双星的演化，包括潮汐角动量交换，微分旋转的沃尔夫-拉叶星，内部磁场，恒星风的质量损失，和质量转移。沃尔夫-拉叶伴星近似为一个质点。然后，我们采用人口合成代码来推断各种相关的二进制进化通道的发生率。我们发现，简单的情况-即，沃尔夫-拉叶星被潮汐旋转并产生一颗恒星--在太阳金属丰度时不会发生，只有在低金属丰度时才可能以低概率发生。它受限于由强烈的沃尔夫-拉叶风引起的双星轨道加宽，或者沃尔夫-拉叶星的半径演化，这通常会导致双星合并。潮汐效应提高了沃尔夫-拉叶星与黑洞的合并率，使其与长伽马射线暴的发生率相当。
2008-03-31 astro-ph
Phenomenological Analogies in Black Hole Systems of all Masses
我回顾了十年前提出的活动星系核与微类星体之间的类比的背景下，相对论性喷流的物理学从黑洞系统的进展。如果恒星和超大质量黑洞的观测性质之间的经验相关性变得更加可靠，我们将用它们来确定黑洞的质量和自旋，而不依赖于理论模型。微类星体是长持续时间的伽马射线暴（GRB）源的化石，它们的运动学为研究类星体的物理学提供了观测线索。如果伽玛暴、微类星体和活动星系核中的喷流是由于一种独特的普遍磁流体动力学机制，那么对这三类不同宇宙天体的研究之间的协同作用将导致黑洞物理和天体物理的进一步进展。
2004-04-07 astro-ph
The diagnostic power of X-ray emission lines in GRBs
伽马射线暴辐射在宇宙学伽玛暴环境中的吸收和再加工可以作为一个强有力的探测其祖先的难以捉摸的性质。虽然人们普遍认为长持续时间的伽玛暴与大质量恒星的死亡有关，但目前至少有两种关于最终坍缩的根本不同的情景正在考虑中。几个伽玛暴的光学余辉中延迟的红化过度表明，超新星，可能是Ic型，发生在伽玛暴的几天内。这支持了巨恒星模型，即大质量恒星的核心迅速坍缩成一个黑洞。在几个伽玛暴的瞬发和余辉光谱中观察到的可变X射线特征表明，伽玛暴源周围有一个高度富集金属的致密物质壳层。在某些情况下，有证据表明这些壳层的膨胀速度是光速的很大一部分。这些观测结果被解释为支持超超新星模型，即大质量恒星首先坍缩成超大质量中子星，然后在失去旋转支持后坍缩成黑洞。在这篇综述论文中，我将简要概述伽玛暴中X射线光谱特征的观测证据的现状，并讨论它们对Bracksar和supranova模型的影响。
2003-12-24 astro-ph
Distribution of black hole binaries around galaxies
紧凑的对象合并是伽玛暴最喜欢的模型之一。已经注意到，与类星体相反，致密天体的合并不一定发生在宿主星系中，也可能会在宿主星系之外进行。随着余辉的发现和宿主星系的识别，人们可以测量伽玛暴相对于其宿主星系的分布。本文比较了不同类型的致密双星：双中子星系统（NS-NS）、黑洞-中子星系统（BH-NS）和双黑洞系统（BH-BH）的分布。我们计算的轨道和分布的天空中的投影距离为两个极端的情况下：一个大质量的星系，如银河系，和空的空间（对应于例如一个球状星团），并考虑了广泛的可能的反冲速度分布。我们发现BH-NS更可能是伽马射线暴的对应物，因为它们与NS-NS双星相反，靠近宿主星系。
1999-11-23 astro-ph
Microquasar-AGN-GRB Connections
我回顾了黑洞系统的物理学的进展的背景下，活动星系核和微类星体之间的类比，提出了十年前。如果恒星和超大质量黑洞的观测性质之间的经验相关性变得更加可靠，我们将用它们来确定黑洞的质量和自旋，而不依赖于理论模型。微类星体是长持续时间的伽马射线暴（GRB）源的化石，它们的运动学为研究类星体的物理学提供了观测线索。如果伽玛暴、微类星体和活动星系核中的喷流是由于一种独特的普遍磁流体动力学机制，那么对这三类不同宇宙天体的研究之间的协同作用将导致黑洞物理和天体物理的进一步进展。本文还讨论了INTEGRAL在这一研究领域的潜在贡献。它表明，银河系平面调查（GPS）与INTEGRAL正在解开银河系背后的硬X射线的新的河外源，以及新的黑洞高质量的二进制文件，被隐藏在大柱的气体和尘埃。
2004-05-21 astro-ph
Nucleosynthesis in Gamma Ray Burst Accretion Disks
我们遵循的核反应，发生在吸积盘的恒星质量的黑洞，是吸积在一个非常高的速度，每秒0.01至1太阳质量，因为是在许多目前的模型实现伽马射线暴（GRB）。盘中的中子化程度是吸积率、黑洞质量、克尔参数和盘粘性的敏感函数。对于高吸积率和低粘性，到达黑洞的物质将主要由中子组成。这种程度的中子化将有重要的影响，伽玛射线暴产生喷流的动力学，也许为r-过程的合成。对于较低的吸积率和高粘度，可能是适当的外盘在Bracksar模型，中子质子平等持续允许可能的合成56镍在磁盘风。56 Ni必须存在才能形成任何光学明亮的Ib型超新星，特别是那些与伽玛暴相关的超新星。
2002-09-19 astro-ph
Primordial black holes and early cosmology
我们描述了标准原始黑洞密度扰动的约束条件的变化，如果有修改的标准宇宙学之间的时间形成和核合成。
1997-10-22 astro-ph
Evidence for Early or Efficient Black-Hole Growth
本文根据标度关系，对红移范围（z < 0.5，1.2 ~< z ~< 6.3）的亮类星体中心黑洞的质量进行了估算。数据显示，质量非常大（大约10^9个太阳质量或更大）的黑洞已经在z ~ 6处出现，这表明它们形成得非常早或非常快。
2004-01-21 astro-ph
Jet Formation in Black Hole Accretion Systems I: Theoretical Unification Model
在吸积黑洞附近形成了两种相对论性喷流：一种可能是超相对论性的坡印廷主导喷流和一种坡印廷重子喷流。喷流物质的一个来源是电子-正电子对的产生，这是由伽玛暴中的中微子湮灭和活动星系核和x射线双星中的光子湮灭驱动的。伽玛暴坡印廷主导的喷流也加载了电子质子对的碰撞级联的菲克扩散的自由中子。我们发现，对于Bracksar模型，中微子驱动的焓通量（经典火球模型）可能是占主导地位的Blandford-Znajek能量通量，它预测喷流洛伦兹因子$Γ\sim 100-1000$。我们发现，辐射效率低的活动星系核，如M87，同步加速器冷却限于$Γ\sim 2-10$。辐射效率高的X射线双星，如GRS 1915 +105，康普顿阻力限制在$Γ\lesssim 2$，但喷流可能会被康普顿阻力破坏。然而，坡印廷重子喷流是一个与$Γ\sim 1-3$准直流出。来自高辐射效率系统的喷流，例如微类星体GRS 1915 +105，可能是一种坡印廷重子喷流，只有在盘的几何厚度较大时才具有相对论性。在配套文件中，广义相对论流体磁模拟黑洞吸积与对创建被用来模拟喷流形成的伽玛暴，活动星系核，和x射线双星。
2005-06-16 astro-ph
Nuclear Cusps and Cores in Early-type Galaxies As Relics of Binary Black Hole Mergers
我们提出了一个分析的中心尖点斜率和核心参数的早期类型的星系使用一个大型数据库的表面亮度剖面从哈勃太空望远镜的观测。我们研究了中心尖点斜率，核心参数，和黑洞质量之间的关系在早期类型的星系，在光的两个模型，试图解释通过黑洞的动力学影响的核心和密度尖点的形成。与绝热增长模型的预期相反，我们发现尖点斜率不会随着黑洞质量分数的增加而变陡。此外，运动学黑洞质量测量与绝热模型预测的质量的比较表明，它们高估了大约3倍的质量。对二进制黑洞合并的模拟预测，核心的大小和中心质量赤字与最终的黑洞质量相关。这些关系的定性支持目前的数据。
2001-10-18 astro-ph
Early formation of galaxies initiated by clusters of primordial black holes
提出了一个在原始黑洞团内部形成超大质量黑洞的模型。也就是说，我们假设宇宙中有质量分数约为10^-3的部分是由致密的原始（遗迹）黑洞团组成的，这些黑洞是在早期宇宙的相变过程中产生的。这些星团是暗物质凝聚的中心。我们模拟了在红移z=15时质量约为2*10^8M_sun的原星系的形成。这些诱导原星系含有质量约为10^5 M_sun的中心黑洞，看起来像是具有中心密度尖峰的矮球状星系。诱导原星系和普通暗物质晕随后的合并对应于大尺度结构形成的标准等级聚类情景。原始黑洞的合并导致在银河系中心形成超大质量黑洞。其结果是，所观察到的中央黑洞的质量和速度分散在银河系隆起之间的相关性被再现。
2008-01-06 astro-ph
Primordial black holes as a probe of the early universe and a varying gravitational constant
我们讨论了原始黑洞研究的最新进展，特别关注它们的形成和量子蒸发。这样的研究可以对早期宇宙的模型施加重要的限制。一个特别有趣的发展是认识到，如果引力“常数”G的值随宇宙学时代而变化，这种约束可能会被严重修改，这种可能性出现在早期宇宙的许多场景中。修正的性质取决于黑洞附近的$G$值是否保持其形成时期的值（对应于引力记忆），或者它是否跟踪背景宇宙学值。这仍然是不确定的，但我们讨论了可能有助于解决这个问题的各种方法。
2001-03-20 astro-ph
Stellar evolution with rotation XIII: Predicted GRB rates at various Z
我们提出了旋转的演变模型的大质量的单星覆盖范围广泛的质量和金属丰度。这些模型很好地再现了演化早期阶段的观测结果（特别是WR种群以及不同金属丰度下II型和Ib，c型之间的比例，见Meynet & Maeder 2005）。我们的模型预测了快速旋转黑洞的产生。初始质量大或金属丰度高的模型在其中心残余物中的角动量相对于残余物的分裂极限较小。许多WR星模型满足三个主要标准（黑洞形成，富氢包层的损失和足够的角动量，以形成一个吸积盘周围的黑洞）的伽马射线暴（GRB）的生产，通过Eksar模型（Woosley 1993）。考虑到所有类型的WR星都是GRB的祖先，与观测结果相比，GRB的数量太多了。如果我们只考虑WO星（Ic型超新星，如SN 2003 dh/GRB 030329，见Matheson et al. 2003）作为GRB的祖先，GRB的产生率与观测结果更吻合。WO星只产生于低金属丰度在目前的网格模型。这一预测可以通过未来的观测来检验。
2005-07-14 astro-ph
Primordial black hole constraints in cosmologies with early matter domination
模场是任何超引力和超弦启发的超对称理论的自然预测，它可能导致早期宇宙中物质统治的时间延长。这在观测上是可行的，前提是模量衰减足够早，以避免损害核合成。如果原始黑洞形成了，那么它们应该在这个物质主导的时代之前或期间形成。我们研究的程度，标准的原始黑洞的约束被削弱，在这样的宇宙学。黑洞形成时的质量分数是$10^{-8}$，而不是通常的$10^{-20}$左右。如果黑洞是由具有幂律谱的密度扰动形成的，那么它的谱指数就被限定为$n \lesssim 1.3$，而不是标准宇宙学中得到的$n \lesssim 1.25$。
1997-05-21 astro-ph hep-ph
Primordial Black Holes as Dark Matter: The Power Spectrum and Evaporation of Early Structures
我们认为大质量的原始黑洞是暗物质的主要形式的可能性。黑洞的形成产生熵的波动，增加了泊松噪声的物质功率谱。我们利用莱曼α森林观测值来约束物质功率谱中的泊松项，然后我们将黑洞的质量约束为小于10^4太阳质量的几倍。我们还发现，到现在为止，原始黑洞数量少于10^3个的结构已经蒸发了。
2003-02-03 astro-ph gr-qc hep-ph
