[论文解读] Gamma Ray Bursts versus OB Associations: do they trigger star formation?

Yu. N. Efremov, S. Ehlerová+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 3被引用 6

一句话总结

本文研究伽马射线暴（GRBs）是否能通过与OB星协对星际介质（ISM）的影响进行比较，从而触发恒星形成。利用流体动力学模拟，研究发现GRB引发的超壳扩张缓慢或保持静止，而OB星协引发的超壳则快速膨胀，表明尽管能量输出巨大，GRBs不太可能触发显著的恒星形成。

ABSTRACT

We discuss differences in shapes, expansion velocities and fragmentation times of structures created by an energy deposition from a single Gamma Ray Burst (GRB) or an OB association to the ISM. After the initial inflation, supershells produced by GRBs are almost static or slowly expanding, contrary to more rapidly expanding supershells created by OB associations. We discuss the position of the energy source relative to the symmetry plane of the galaxy: observed arc-like structures can be the most dense parts of structures formed by an expansion from a source above or below the galactic plane. Arcs may also form, if the expansion takes place inside a giant HI cloud. We try to reproduce the size, the age and the average distance between OB associations in the Sextant region at the edge of LMC 4.

研究动机与目标

• 评估伽马射线暴（GRBs）是否能像OB星协一样在星际介质（ISM）中触发恒星形成。
• 比较GRB与OB星协形成的超壳在形态、运动学和动力学特性上的异同。
• 评估在ISM中观测到的弧状结构是否可能是GRB引发激波或OB星协活动的标志。
• 对大麦哲伦云（LMC）Sextant区域的结构尺寸、年龄和空间分布进行建模，以检验其与GRB或OB星协起源的一致性。
• 确定能量源相对于银道面的位置在塑造观测到的结构中所起的作用。

提出的方法

• 使用流体动力学模型模拟单个GRB向ISM的能量沉积，追踪超壳的形成与演化过程。
• 利用标准ISM参数，比较GRB引发的壳层膨胀速度与碎片化时间，与OB星协引发的壳层进行对比。
• 从位于银道面上方或下方的激波角度，分析观测到的弧状结构的几何特征。
• 在巨大HI云中建模壳层的膨胀，以评估此类环境是否能产生弧状特征。
• 利用来自大麦哲伦云（LMC）Sextant区域的观测数据，约束OB星协的尺寸、年龄和间距，并与GRB引发的结构进行比较。
• 应用维里定理和能量守恒原理，估算激波壳层的动力学演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否用单个GRB的能量沉积来解释ISM中观测到的形态特征，如弧状结构？
• RQ2 GRB引发的超壳与OB星协引发的超壳在膨胀速度和碎片化时间上如何比较？
• RQ3 考虑到其能量输出和由此产生的壳层动力学，GRB触发恒星形成的可能性有多大？
• RQ4 LMC中Sextant区域OB星协的观测尺寸、年龄和间距能否由GRB引发的结构重现？
• RQ5 能量源位置（位于银道面上方或下方）是否显著影响最终ISM结构的形态？

主要发现

• GRB引发的超壳在初始膨胀后扩张缓慢或几乎保持静止，与OB星协引发的快速膨胀壳层形成鲜明对比。
• GRB驱动的壳层膨胀速度显著低于OB星协驱动的壳层，降低了其压缩周围气体并触发恒星形成的潜力。
• ISM中观测到的弧状结构最可能解释为位于银道面上方或下方的源引发的壳层中最致密的部分。
• 当膨胀发生在巨大HI云中时，也可能形成弧状结构，这是由于受限环境和增强的密度对比所致。
• LMC中Sextant区域OB星协的尺寸、年龄和平均间距与GRB起源不一致，支持这些特征源于OB星协的起源。
• 单个GRB的能量沉积不足以产生像LMC中Sextant区域观测到的大尺度、快速膨胀的结构。