The afterglows of swift-era short and long gamma-ray bursts

Kann, David Alexander GND

The phenomenon of Gamma-Ray Bursts (GRBs) has been a great mystery since their discovery four decades ago. Even today, over a decade into the "afterglow age", many questions are still unanswered. The canonical picture which satisfies most of the data is that GRBs are produced when a massive celestial body (either a post-main sequence star or merging compact objects) at cosmological distances collapses to a rapidly rotating compact object (a black hole, for example) which launches ultra-relativistic polar jets. The internal dissipation of energy within the jets leads to collimated non-thermal high-energy emission (the actual GRB), whereas shocks created from the interactions of the jets with the interstellar medium create a long-lasting fading afterglow. The collected physical processes describing this emission are called the standard fireball model. GRBs have been found to be the most luminous electromagnetic sources in the universe for short time periods. In this Thesis, I present my study of the afterglows of Type I (not associated with massive star formation, probably due to the merger of compact objects) and Type II (associated with massive star formation, the late optical emission includes a component due to a Type Ic supernova with high expansions speeds) GRBs, and compare them with each other, especially in terms of host-galaxy dust extinction and the luminosity distribution. To accomplish this, I have collected the largest sample of photometric afterglow data available worldwide, and from this, selected GRBs with data sufficient for a more detailed analysis.

Das Phänomen der Gammastrahlenausbrüche (Gamma-Ray Bursts, GRBs) war auch lange nach ihrer Entdeckung vor über vier Jahrzehnten ein großes Rätsel. Selbst heute, über ein Jahrzehnt seit Beginn der "Ära der Nachglühen" (engl.: Afterglows) sind noch viele Fragen unbeantwortet. Das akzeptierte Bild, welches einen Großteil der Daten erklären kann ist, dass GRBs erzeugt werden, wenn ein massereicher Himmelskörper (entweder ein Stern, der die Hauptreihe verlassen hat, oder miteinander verschmelzende kompakte Objekte) in kosmologischer Distanz zu einem schnell rotierenden Objekt kollabiert (z.B. ein Schwarzes Loch), welches ultrarelativistische Materieauswürfe ("Jets") entlang der Polachse ausschleudert. Die interne Dissipation von Energie in dem Jet führt zu kollimierter nicht-thermischer Strahlung bei hohen Energien (der GRB), während Schockfronten, die bei der Interaktion des Jets mit der interstellaren Materie erzeugt werden, zu einem langlebigen abklingenden Afterglow führen. Die gesammelten physikalischen Prozesse, die die GRB-Emission beschreiben, werden als das Standard-Feuerballmodell bezeichnet. GRBs sind für kurze Zeiträume nachweislich die leuchtkräftigsten elektromagnetischen Quellen des Universums. In dieser Dissertation präsentiere ich meine Untersuchungen zu den Afterglows von Typ I (nicht mit massereicher Sternentstehung verknüpft, vermutlich durch die Verschmelzung kompakter Objekte ausgelöst) und Typ II (mit massereicher Sternentstehung verknüpft, die optische Emission zu späten Zeiten enthält eine Komponente, die einer Typ Ic Supernova mit hoher Ausbreitungsgeschwindigkeit zuzuschreiben ist) GRBs, und vergleiche sie miteinander, insbesondere, was die Extinktion durch Staub in den Muttergalaxien sowie die Leuchtkraftverteilung angeht. Um dies zu ermöglichen, habe ich das weltweit größte Archiv an photometrischen Daten zu Afterglows zusammengestellt und habe aus diesem GRBs selektiert, die ausreichende Daten für eine weitergehende Analyse boten.

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Kann, David Alexander: The afterglows of swift-era short and long gamma-ray bursts. 2012.

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