[論文レビュー] Hot tori around black holes as sources of gamma ray bursts

M. Jaroszyński|ArXiv.org|Jun 8, 1995

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、星質量のカー・ブラックホールの周囲を公転する高温・高密度のトーラスが、宇宙論的ガンマ線バーストのエネルギー源である可能性を調査する。中性子星合体および失敗した超新星のモデルに基づき、合体残骸は極端な粘性およびエントロピーを仮定しない限り十分なエネルギーを有しないことが判明した。一方、高角運動量系、特に最大に近いブラックホール（a ≈ 1）の周囲では、エネルギー供給が可能であり、特に急速に回転するWolf-Rayet星の崩壊から生じる系が特に有望である。

ABSTRACT

We investigate the configurations consisting of massive, dense and hot tori around stellar mass Kerr black holes as possible sources of energy for the gamma ray bursts in cosmological hypothesis of their origin. We limit parameters of our models to the values resulting from neutron stars merger calculations or suggested in the ``failed supernova'' scenario. We investigate models with different angular momentum distributions and different specific entropies. We construct also approximate evolutionary tracks of our systems postulating some viscosity mechanism to be present. We find, that models resulting from a merger of two neutron stars give too little energy to be likely sources of gamma ray bursts. This conclusion remains true despite the artificially high values of specific entropy and viscosity, which we use in our calculations. The promising models should contain a high angular momentum black hole ($a \sim 1$) and/or a torus with almost constant specific angular momentum. The configurations resulting from a collapse of rapidly rotating WR stars are not excluded as sources of the bursts due to a greater freedom in choosing their initial parameters.

研究の動機と目的

• 星質量のカー・ブラックホールの周囲を公転する高温・高密度トーラスが、宇宙論的ガンマ線バーストに十分なエネルギーを供給できるかどうかを評価すること。
• 中性子星合体または失敗した超新星から形成されるトーラス構成が、バースト源として実現可能かどうかを評価すること。
• 角運動量分布および比エントロピーがエネルギー出力および進化に与える影響を調査すること。
• 仮定された粘性メカニズムに従って、このような系の進化軌道をモデル化すること。
• 既知の天体物理学的状況から得られる初期条件が、観測可能なガンマ線バーストエネルギーを生み出せるかどうかを特定すること。

提案手法

• 異なる比角運動量およびエントロピー分布を有する高温・高密度トーラスの平衡状態モデルを構築する。
• 中性子星合体のシミュレーションおよび「失敗した超新星」シナリオからの制約を適用し、現実的な初期パラメータを設定する。
• 粘性メカニズム（例：α-粘性）を導入し、角運動量輸送およびトーラスの進化をモデル化する。
• トーラス内に利用可能な全エネルギーを計算し、観測されたガンマ線バーストのエネルギー特性と比較する。
• エネルギー放出の時間的推移を評価するための近似的な進化軌道を生成する。
• 相対論的流体力学の原則を用いて、カー・ブラックホール周囲の平衡状態をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星合体から生じるトーラスは、観測されたガンマ線バーストを駆動するのに十分なエネルギーを発生させられるか？
• RQ2 比エントロピーおよび角運動量分布の変動が、トーラスの全エネルギー出力にどのように影響するか？
• RQ3 ブラックホールのスピン（a ≈ 1）が、バーストに利用可能なエネルギーを増幅する役割を果たすか？
• RQ4 急速に回転するWolf-Rayet星の崩壊から生じる構成は、ガンマ線バースト源として実現可能か？
• RQ5 粘性および角運動量輸送が、トーラスの進化およびエネルギー放出に与える影響は何か？

主な発見

• 中性子星合体から生じるモデルでは、人工的に高いエントロピーおよび粘性を仮定しても、通常のガンマ線バーストを駆動するのに十分なエネルギーを発生させられない。
• 比角運動量がほぼ一定で、ブラックホールスピンが高水準（a ≈ 1）のトーラスは、顕著に高いエネルギー潜在能力を示す。
• 急速に回転するWolf-Rayet星の崩壊から生じる構成は、初期パラメータの自由度が高いため、依然として実現可能な候補のままである。
• エネルギー出力は角運動量分布およびブラックホールスピンに極めて敏感であり、最大スピンが利用可能なエネルギーを最大化する。
• 粘性の導入は、低エネルギーの合体モデルを救うことはできず、このようなシナリオにおける根本的なエネルギー制限を示している。
• 最大に近いカー・ブラックホールの周囲に存在する高角運動量トーラスが、モデルフレームワーク内において最も有望な源候補として浮上する。