巨星坍缩中的GRB喷流的时间和角度特性

我们研究了坍缩星（collapsar）中相对论喷流的长期演化，以及观察角度对后续伽玛射线暴（GRB）的影响。我们使用FLASH相对论水动力学模块，在二维圆柱坐标中进行一系列高分辨率模拟，模拟喷流通过星体内部的传播。首次采用自适应网格进行模拟，使我们能够在星体内部保持大尺度动态范围，同时仍具足够效率，能够跟踪喷流在从星体破裂后长时间的演化。我们的模拟使我们能够确定喷流演化中的三个阶段：首先是前驱阶段，在此阶段，来自喷流头的相对论物质通过湍流方式首先从星体中喷出；其次是冲击喷流阶段，出现完全被冲击的喷流物质喷出；最后是未被冲击的喷流阶段，此时喷流由自由流动的未被冲击的核心构成，周围环绕着薄的未被冲击喷流物质边界层。这些阶段的外观因观察者的不同角度而异。前驱现象具有宽的开放角度，可被远离轴向的观察者看到。冲击阶段具有相对狭窄的开放角度且随时间保持不变。在未被冲击的喷流阶段，开放角度随时间呈对数形式增加。因此，对于喷流在星体核心中注入的恒定属性，某些观察者会看到持续的发射间歇。我们还提出了一个解析模型，能够再现喷流及其演化的总体特性。我们最终讨论了结果的观察学意义，强调了通过喷流在星体内传播来测试 progenitor 模型的可能方法。在附录中，我们呈现了FLASH相对论水动力学模块的1D和2D测试。