Новости ICRANet

Май/Июнь

Armenian   Chinese   English   French   German   Italian   Portuguese   Russian

Семинар «Сверхновые, гамма-всплески и наведенный гравитационный коллапс»

Лез-уш (Франция)

С 11 по 16 мая 2014 года в Лез-уш, Франция, состоялся семинар, организованный совместно Паскалем Шардонне, Жоржем Мене и Ремо Руффини при содействии ICRANet, в рамках международной PhD программы в области релятивистской астрофизики (IRAP PhD), спонсируемой программой Европейской комиссии Erasmus Mundus и программой CAPES-ICRANet. Он привел к получению нескольких важных новых результатов в астрофизике, в частности в поиске систем-предшественников для очень энергичных (1052–1054 эрг) «длинных» гамма-всплесков (ГВ), ассоциированных со сверхновыми (СН), в поисках физических механизмов и в последующем применении этих результатов в космологии. ГВ – это вспышки гамма-излучения, которых происходят в небе ежедневно. Они являются самыми мощными взрывами во Вселенной, излучая за несколько секунд столько же энергии в гамма-диапозоне, сколько испускают за то же время во всем электромагнитном спектре (от радио волн до гамма-лучей) все источники на небе вместе взятые. ГВ возникают при образовании черной дыры. Они делятся на «длинные», продолжительностью более 2 секунд и «короткие», с меньшей продолжительностью. Некоторые из «длинных» ГВ появляются вместе со СН, взрывом соответствующем последним стадиям эволюции массивных звезд. Ассоциация между ГВ и СН, в случае ГВ с полной энергией превышающей 1052 эрг (т.е. в двести миллионов раз больше, чем энергия, излучаемая всеми звездами в нашей Галактике за одну секунду), может быть объяснена в рамках парадигмы «наведенного гравитационного коллапса» (НГК), предложенной проф. Р. Руффини и сотрудниками в 2001 году и позже дополненной на 10th конференции Марселя Гроссмана в Берлине в 2006 году. Предполагается, что предшественником этих ГВ-СН систем является тесная двойная система, состоящая из проэволюционировавшего ядра (состоящего в основном из железа, углерода и кислорода, называемого “FeCO”) массивной звезды на пороге взрыва СН, и нейтронной звезды (НЗ). Такие особые системы названы “гиперновая в двойной системе” (ГДС).



Наиболее важным событием было участие в семинаре проф. Кристофера Фрайера, прилетевшего специально для этого из Национальных лабораторий в Лос Аламосе (США), а также Макензи Уоррен, из университета Нотрдамм в Южном Бенде (Индиана, США), которые представили важные результаты применяя к парадигме НГК численные коды, описывающие взрыв СН, созданные в течении многих лет в Лос Аламосе Крисом Фрайером и Дэвидом Арнеттом, а также Джимом Вильсоном в Ливерморе, позже перенесенным в Университет Нотрдамм Грантом Мэтьюсом и его группой. Семинар был также обогащен наблюдением ГВ GRB 140512A, обнаруженного спутниками Swift и Fermi 12 мая. Вся группа исследователейICRANet была занята в анализе этого ГВ и приложении их модели день за днем. Джованни Пизани и Ана Виргиния Пенакьони смогли предсказать красное смещение в пределах от 0.6 до 1.1 из первых принципов. Позже, 19 мая красное смещение этого ГВ z = 0.725 было определено телескопом NOT на Канарских островах. На рисунке ... показано предсказание красного смещения на доске. На семинаре были представлены доклады многих PhD студентов, работающих под руководством профессоров ICRANet (К.Л. Бьянко, Л. Иццо, Дж. Руэда, С.С. Ксуэ), а также сотрудничающих ученых: проф. Prof. Массимо Делла Валле, директора обсерватории Неаполя и Алексея Аксенова из Москвы. В частности, Л. Иццо показал возможность существования систем ГДС с очень большим красным смещением (z=8.2, примерно 650 миллионов лет с Большого Взрыва), с очень важными применениями с космологической точки зрения, т.е. возможность использования ГВ как индикаторов расстояния и выяснения звездной популяции Вселенной на большом красном смещении. Другие важные результаты были представлены Марко Муччино и Ю Вангом, PhD-студентами программы IRAP PhD. Анализ прототипов ГДС, GRB 090618 [Ruffini et al. A&A (2014); см. выше], показал, что рентгеновская светимость ГДС обеспечивается широкоугольным излучением с оболочки СН, а не ГВ. Этот аспект отражен в присутствии вложенной структуры и общего степенного закона в поведении рентгеновской кривой блеска всех ГДС [Pisani et al. A&A (2013)], для которых характерен тот же степенной закон также в оптическом и гамма-диапозоне, а также для излучения в высоких энергиях [Ruffini et al., ApJ submitted (2014)].

Highlights on an ICRANet publication of this month: On binary driven hypernovae and their nested late X-ray emission

(R. Ruffini, M. Muccino, C. L. Bianco, M. Enderli, L. Izzo, M. Kovacevic, A. V. Penacchioni, G. B. Pisani, J. A. Rueda, Y. Wang, Astronomy & Astrophysics, volume 565, id. L10, 2014)

In the paper by Rueda and Ruffini, Astrophysical Journal Letters (2012), 758, L7 it has been described the rapid evolutionary sequence of these systems, which consists of four distinct emission episodes, observed in the prototypical source GRB 090618 and described in the paper by Izzo, Rueda and Ruffini, Astronomy & Astrophysics Letter (2012). A brief summary of this time sequence is outlined: Episode 1 corresponds to the FeCO core explosion as a SN, with the consequent birth of a new NS (named ν-NS) as the remnant; part of the SN ejecta triggers an accretion process onto the NS companion, and a prolonged interaction between the ν-NS and the NS binary companion occurs. Episode 2 corresponds to the actual GRB; it occurs when the companion NS reaches its critical mass and gravitationally collapse to a black hole. Episode 3, observed in the X-rays, corresponds to an emission with a very precise behavior in time, consisting of a steep decay, starting at the end point of Episode 2, and then a shallow decay phase (or a plateau), followed by a late common power-law decay. Episode 4 corresponds to the optical SN emission occurring after ~10–15 days in the source cosmological rest frame.


In the paper by G.B. Pisani, L. Izzo, R. Ruffini, C.L. Bianco, M. Muccino, A.V. Penacchioni, J.A. Rueda, and Y. Wang, Astronomy & Astrophysics Letter (2013), 552, L5, it has been pointed out the most striking feature of these BdHNe: the common behavior in their late Episode 3 emission. No matter what is the total energetics of the whole event, the duration of Episode 1 and 2, or the distance from the observer of these systems, when we compute the amount of energy emitted per unit of time (luminosity) in a common energy band, the late Episode 3 emission at times larger than 104 s follows the same behavior in time and luminosity, providing a perfect overlap. This feature, in principle, would make these sources a possible distance indicator and suggests that the underlying physical mechanism must be the same in all of them.
In the recently published work by R. Ruffini, M. Muccino, C. L. Bianco, M. Enderli, L. Izzo, M. Kovacevic, A.V. Penacchioni, G.B. Pisani, J.A. Rueda, Y. Wang, 2014, Astronomy & Astrophysics, 565, L10, which is the subject of these highlights, we report the first attempt to give a global physical insight on the origin of Episode 3. One of the results of this work concerns the size of the emitting region where the Episode 3 originates, inferred from the analysis of the prototypical BdHNe, GRB 090618. During the steep decay phase of its Episode 3, a thermal component has been observed in the X-rays. Beyond its very physical meaning, a thermal spectrum is the only emission model which can provide a direct estimate of the size of the emitting region. In the present case it has been inferred the initial size of the source of ~1013 cm, which expands at 0.9 times the speed of light c. This represents the evidence that Episode 3 X-ray luminosity of these sources originates from the wide angle emission of the SN ejecta, rather than from the GRB as it was purported before, since the GRB has typically much higher expansion velocities and, therefore, larger typical dimensions of the emitting region of ~1016-1017 cm (see figure above). The steep decay, the plateau, and the late power-law decay in Episode 3 luminosities for three selected BdHNe (GRB 060729, GRB 061121, and GRB 130427A) were compared and contrasted. Not only these selected BdHNe present a late time overlapping, but they evidence further properties: the higher the energetic of the source, the shorter the plateau phase duration, while the late time emission always overlaps following a precise power-law decay. This represents an authentic nested structure (see figure below). In particular, with the inclusion of all our best known sample of BdHNe, precise scaling laws involving the plateau duration and luminosity, as well as the average luminosity of prompt emission have been inferred.


The common asymptotic late power-law behavior in all BdHNe can be explained by the role of r-process, which are responsible of creating heavy elements. The best scenario for the r-process occurs during the merger of binary NSs (i.e., during the interaction of the companion NS with the ν-NS), where a very neutron-rich dense medium favors the production of nuclei heavier than iron. These are unstable and then decay in lighter daughter nuclides, generating a cascade of reactions, which represents the “fuel” that keeps the late Episode 3 emission going on. Recent computations of the luminosity obtained by the r-process provide a power-law with slopes -1.4≤α≤-1.1 [see the paper by B. D. Metzger, G. Martınez-Pinedo, S. Darbha, E. Quataert, A. Arcones, D. Kasen, R. Thomas, P. Nugent, I. V. Panov and N.T. Zinner, (2010) Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 406, 2650], strikingly similar to the ones we have found in the late Episode 3 X-ray luminosity.

ICRANet activities in Brazil and Latin America

В течении своего визита в Бразилию в последней неделе мая, проф. Руффини, директор ICRANet принял участие в нескольких событиях, засвидетельствовавших жизненную важность нашего института в странах Южной Америки.
После проведения внеочередного заседания научного комитета и совета факультета IRAP PhD в CBPF - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (Бразильский центр физических исследований) в Рио-де-Жанейро, проф. Руффини принял участие в двух важных церемониях. Первое событие была посвящена подписанию соглашения между ICRANet и UFF - Universidade Federal Fluminense (Флуминенский федеральный университет) с представительством в Нитерое, штат Рио-де-Жанейро. Вторая церемония была посвящена обновлению 5-летнего договора с UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Университет штата Рио-де-Жанейро), впервые заключенного в 2009 году.


Оба договора, наряду с уже подписаннями с CAPES, CBPF, FAPERJ, правительством штата Сеара, ITA, UFPB, UFRGS, UNIFEI, и INPE, являются стратегическими для международных научных исследований, и предоставляют большие возможности для научного роста исследователей из Европы и Южной Америки.
Кроме того, проф. Руффини провел встречу с Франклином Диасом Коэлью, особым секретарем науки и технологии муниципалитета Рио-де-Жанейро, участвовавшим в инаугурации штаб-квартиры IED - Instituto Europeo di Design (Европейский институт дизайна), в престижном историческом месте «Казино Урка», где обсуждался прогресс в организации там двух институтов - ICRANet и IED, с призывом “от Дизайна Человека до Дизайна Вселенной”.


Стоит отметить также присуждение почетного упоминания фонда исследования гравитации (Gravity Research Foundation) за 2014 год, полученного К.Р. Аргуэллесом и проф. Р. Руффини заработу, основанную на новом подходе, который одновременно объясняет сверхмассивные черные дыры и гало темной материи в галактиках (http://arxiv.org/abs/1405.7505).
Объявлено также о скором подписании (запланировано на 9 июля) договора между ICRANet и UAM Universidad Autónoma Metropolitana in Mexico City (автономный городской Университет Мехико) ректором UAM, доктором Сальвадором Вега и Леоном, и директором ICRANet, проф. Ремо Руффини. Это подписание следует за договором между ICRANet и UNAM Universidad Nacional Autonoma de Mexico (национальных автономный Университет Мехико), полностью вступившем в силу (http://www.icranet.org/docs/UNAMsigned.pdf).

1 научная конференция ICRANet в Армении - Ереван – июнь/июль 2014

Физика черных дыр объясняет некоторые из наиболее мощных астрофизических явлений во Вселенной. Образование черной дыры связано с излучением гамма-всплеска, наиболее мощным взрывом во Вселенной. Основной механизм, ответственный за этот взрыв – это образование электрон-позитронной плазмы, возникающей благодаря поляризации вакуума вокруг черной дыры Керра-Ньюмэна по механизму Гейзенберга-Ойлера-Швингера. Попытки достижения такого экстремального электромагнитрого квантового режима в настоящее время также осуществляются в лазерных проектах MegaJoule в Европе, России и США. Кроме того, длительное излучение оказывается связанным с вращающимися электромагнитными черными дырами в микроквазарах. Присутствие сверхмассивных черных дыр (СЧД) с массами в 108 - 109 солнечных масс оказывается связанным с активными ядрами галактик, блазарами и квазарами. Существует вероятность того, что в отличие от черных дыр с массой несколько солнечных масс, которые образовались благодаря гравитационному коллапсу барионной материи, СЧД сформировались в гравитационном коллапсе темной материи.
Конференция будет посвящена как наблюдательным/экспериментальным, так и теоретическим аспектам. С наблюдательной точки зрения будут обсуждаться результаты, полученные наземными обсерваториями в области очень больших энергий, такими как HESS, MAGIC, AUGER, а также инструментами следующего поколения. Аналогично, будут обсуждаться наблюдения космическими обсерваториями в области рентгеновского и гамма-диапозона, такими как Agile, Fermi, Swift, MAXI and NuStar. Будут также представлены сопутствующие наблюдения в микроволновом и инфракрасном диапозонах миссии «Планк». Будет представлен обзор прогресса в экспериментальной технике, направленный на одновременное детектирование гравитационных волн и нейтрино. С теоретической точки зрения будет уделяться внимание прогрессу в понимании квантовых и классических явлений, связанных с физикой черных дыр и с процессом извлечения энергии из черных дыр.

Предшествовать 1 научной конференции ICRANet “Черные дыры: крупнейшие источники энергии во Вселенной”, которая будет проходить с 30 июня по 4 июля, будет школа IRAP PhD, которая пройдет с 28 по 29 июня в Агверане.

Предварительная программа конференци: http://www.icranet.org/images/stories/Meetings/meetingArmenia2014/preliminary_program.pdf

Скачать постер: http://www.icranet.org/images/stories/Meetings/meetingArmenia2014/Poster_Armenia_Yerevan_2014.pdf