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Gamma-Ray Bursts

Gamma-Ray Bursts. Leonardo J. Pellizza (IAFE & GARRA, Argentina, & Service d’Astrophysique, CEA Saclay, France). I. F élix Mirabel (ESO, Chile) Pierre-Alain Duc (SAp, CEA Saclay, France) Emeric Le Floc’h (Steward Observatory, USA) the MISTICI* collaboration (~ 40 colaboradores!)

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Gamma-Ray Bursts

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Presentation Transcript

  1. Gamma-Ray Bursts Leonardo J. Pellizza (IAFE & GARRA, Argentina, & Service d’Astrophysique, CEA Saclay, France) I. Félix Mirabel (ESO, Chile) Pierre-Alain Duc (SAp, CEA Saclay, France) Emeric Le Floc’h (Steward Observatory, USA) the MISTICI* collaboration (~ 40 colaboradores!) *Multiwavelength Italian Swift Team and International Co-Investigators Sebastián Nuza (IAFE, Argentina) Patricia Tissera (IAFE, Argentina) Diego G. Lambas (Grupo IATE, Argentina) Cecilia Scannapieco (IAFE, Argentina) María Emilia De Rossi (IAFE, Argentina) Leonardo J. Pellizza

  2. Resumen • Prompt • Afterglows • Galaxias huésped • Resultados recientes Leonardo J. Pellizza

  3. Gamma-Ray Bursts • Breves destellos de radiación g (~1/día) • Energías: keV-MeV • T90 ~ 0.001-1000 s • Descubiertos por los satélites Vela a fin de los ’60s • Desafío observacional • CGRO, Beppo-SAX, XMM-Newton, Chandra, INTEGRAL, HETE-2, Swift Leonardo J. Pellizza

  4. Gamma-Ray Bursts • Origen extraterrestre (Klebesadel+ 1973) • Distribución isótropa (Meegan+ 1992): Extragalácticos Leonardo J. Pellizza

  5. 2s Gamma-Ray Bursts • Más de 2700 GRBs • Dos clases de GRBs (Kouveliotou+ 1993) • Largos (T90 > 2s) • Cortos (T90 < 2s) Leonardo J. Pellizza

  6. Gamma-Ray Bursts • Diferencias espectrales • Largos = blandos • Cortos = duros • F(n) ~ n-a • aL > aC • Diferentes condiciones físicas en mecanismo de emisión Leonardo J. Pellizza

  7. Afterglows • Emisión transitoria en X, duración ~días: afterglows (GRB largos, van Paradijs+ 97) • Precisión ~1’: búsqueda de afterglows en otros rangos espectrales • Afterglows ópticos, radio, NIR: precisión de 1": búsqueda de progenitores Leonardo J. Pellizza

  8. Afterglows • Decaimiento rápido de afterglows • Desafío observacional • Observatorios dedicados • Robóticos • En todo el mundo (cubrimiento de todo el cielo) • Diseminación rápida de datos X/g Leonardo J. Pellizza

  9. Afterglows • Espectros de afterglows: Líneas de absorción Leonardo J. Pellizza

  10. Afterglows • Corrimientos al rojo • <z> ~ 1-2: fuentes cosmológicas • Emisión total de energía ~1053 erg: del orden o mayor que SN Leonardo J. Pellizza

  11. Afterglows • Estudio del medio interestelar e intergaláctico Leonardo J. Pellizza

  12. Afterglows • Coincidencia GRBs – SNs Ib/c (e.g., Malesani+ 2004) • Aumento de brillo interpretado como pico de luminosidad de SN (Della Valle+ 2003) Leonardo J. Pellizza

  13. Afterglows • Evidencia espectral de SNs en afterglows ópticos: líneas Ca H+K (Della Valle+ 2003) • v ~ 20000 km/s: hipernovas Leonardo J. Pellizza

  14. Afterglows • Espectros de afterglows: elementos pesados, medio enriquecido en Fe típico de SNs (Piro+ 2000) • Conexión GRB-SN Leonardo J. Pellizza

  15. Afterglows • Conexión GRB – SN • Progenitores: estrellas masivas • Conexión GRB –formación estelar • Sólo para GRBs largos • Desafiada por el bajo número de coincidencias: jets? relación entre luminosidad del GRB y de la SN? • Si se demuestra,GRBs podrían transformarse en una herramienta cosmológica importante Leonardo J. Pellizza

  16. Galaxias huésped • Posicionamiento preciso de GRBs: galaxias huésped • Poblaciones estelares que dan origen a GRBs • Estrellas (o sistemas) progenitoras Leonardo J. Pellizza

  17. Galaxias huésped • Fuertes líneas de emisión que indican actividad de formación estelar (Kulkarni+ 1998) • Distribución de posiciones de GRBs consistente con la pertenencia de sus progenitores a los discos de las galaxias (Bloom+ 2002) • Algunos posiblemente en galaxias en colisión o con signos de interacción (Chary+ 2001) Leonardo J. Pellizza

  18. Galaxias huésped • Subluminosas IR/visible • Baja masa (Le Floc’h+ 2003) • Más azules que las galaxias con brotes de formación estelar en el Universo local Leonardo J. Pellizza

  19. Galaxias huésped • Similares a las galaxias azules subluminosas con actividad de formación estelar observadas a alto z • Baja metalicidad (Le Floc’h+ 2003) Leonardo J. Pellizza

  20. Galaxias huésped • No se detectan GRBs en brotes de formación estelar luminosos o fuentes enrojecidas • Efecto de selección debido al polvo? • Conexión GRB-FE inválida? • Evolución de progenitores? (metalicidad) Leonardo J. Pellizza

  21. Galaxias huésped • No se observaron afterglows ni galaxias huésped de GRBs cortos (hasta 2005) • Existen GRBs largos para los cuales no se han detectado afterglows ópticos: oscuros • Luminosidad intrínseca? • Alto z? • Absorción por polvo? Leonardo J. Pellizza

  22. Modelos • Colápsars: Acreción del núcleo de He de una estrella por parte del núcleo colapsado de Fe. Fuertes vientos remueven la envoltura de H • Consistentes con modelos cosmológicos (Nuza+ 2006) • Fusiones de objetos compactos: NS/BH-NS/NS – WD/BH • Retraso respecto de la formación estelar + progenitores diferentes • Diferentes propiedades de la población estelar al instante del GRB • Distribución espacial diferente Leonardo J. Pellizza

  23. Swift • Swift (10/11/2004) • ~100 GRB/año • BAT: detección GRB (2') • XRT: afterglow X (3") • UVOT: afterglow UV-óptica • Position diseminada en segundos: útil para GRBs cortos/oscuros Leonardo J. Pellizza

  24. Nuestro proyecto • Obtener una muestra significativa y sin efectos de selección de galaxias huésped • Investigar las GHs de GRBs cortos /oscuros • Determinar masas, tasas de FE, absorción, composición química, poblaciones estelares de GHs • Objetivo final: evaluar modelos de GRBs y la conexión GRB-FE Leonardo J. Pellizza

  25. Nuestro proyecto • Posiciones X precisas provistas por Swift • Imágenes profundas con telescopios 8m (VLT, Gemini) para hallar las GHs • Espectros e imágenes ópticas e IR para determinar las propiedades de las GHs Leonardo J. Pellizza

  26. Resultados recientes • GRBs cortos: • Primera observación del afterglow y GH de un GRB corto • Asociados con poblaciones estelares viejas (galaxias elípticas) • Favorece los modelos de fusión de objetos compactos • Un caso singular: galaxia E+A (Covino+ 2005, MISTICI) • Progenitor diferente? • Corto tiempo de fusión? Leonardo J. Pellizza

  27. Resultados recientes • GRBs sin SN asociada (nuevo tipo de GRBs?) • GRBs a alto z: descubrimiento del GRB más lejano a z=6.3 (Tagliaferri+ 2005, MISTICI) Leonardo J. Pellizza

  28. Resultados recientes • GRBs oscuros • Primera GH de un GRB con afterglow X solamente (Pellizza+ 2006, MISTICI) Leonardo J. Pellizza

  29. Resultados recientes • Espectro de la GH de un GRB oscuro • Actividad estelar • Absorción por polvo • Poblaciones estelares más viejas (Pellizza+ 2006, MISTICI) Leonardo J. Pellizza

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