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The Connection between $$gamma$$-ray bursts and extremely metal-poor stars; Black hole-forming supernovae with relativistic jets

$$gamma$$線バーストと金属欠乏星との関連性; 相対論的ジェットの付随した、ブラックホールを形成する超新星

冨永 望*; 前田 啓一*; 梅田 秀之*; 野本 憲一*; 田中 雅臣*; 岩本 信之 ; 鈴木 知治*; Mazzali, P. A.*

Tominaga, Nozomu*; Maeda, Keiichi*; Umeda, Hideyuki*; Nomoto, Kenichi*; Tanaka, Masaomi*; Iwamoto, Nobuyuki; Suzuki, Tomoharu*; Mazzali, P. A.*

長い継続時間を持つ$$gamma$$線バースト(GRB)は明るく大きなエネルギーを持ったIc型超新星(このような超新星は極超新星(HNe)と呼ばれる)と関連があると考えられている。しかし、最近発生したGRB060505と060614では、超新星が観測されなかった。このことから超新星の明るさの上限は、GRBに付随するHNe(GRB-HNe)の約100倍も暗いと推測された。この上限値は、放出された$$^{56}$$Niの質量では、約$$10^{-3}M_odot$$に対応する。このように少ない$$^{56}$$Ni放出量は、暗いII型超新星として観測されている。HNeや暗い超新星は金属欠乏星の形成にも関連していると考えられている。この論文では、相対論的ジェットにより誘発された40$$M_odot$$の爆発モデルを用いて、爆発や元素合成が計算されている。このモデルは、GRB-HNeや明るい超新星を伴わないGRBを統一的な手法で説明することができる。その結果として、われわれは、明るい超新星を持たないGRBでは$$10^{-4}-10^{-3}M_odot$$、又は、$$10^{-6}M_odot$$$$^{56}$$Niが合成されていると予想する。

Long-duration $$gamma$$-ray bursts (GRBs) are thought to be connected with luminous and energetic Type Ic supernovae [SNe, called hypernovae (HNe)] resulting from the black-hole (BH) forming collapse of massive stars. For GRBs 060505 and 060614, however, the expected SNe have not been detected. The upper limits to the SN brightness are about 100 times fainter than GRB-associated HNe (GRB-HNe), corresponding to the upper limits to the ejected $$^{56}$$Ni masses of $$M(^{56}$$Ni)$$sim 10^{-3}M_odot$$. SNe with a small amount of $$^{56}$$Ni ejection are observed as faint Type II SNe. HNe and faint SNe are thought to be responsible for the formaion of extremely metal-poor (EMP) stars. A relativistic jet-induced BH forming explosion of the 40$$M_odot$$ star is investigated and hydrodynamic and nucleosynthetic models are presented. These models can explain both GRB-HNe and GRBs without bright SNe in a unified manner. We suggest that GRBs without bright SNe are likely to synthesize $$M(^{56}$$Ni)$$sim 10^{-4}-10^{-3}M_odot$$ or $$sim 10^{-6}M_odot$$.

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分野:Astronomy & Astrophysics

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