Términos radiativos en hidrodinámica relativista: simulación numérica de brotes de rayos Gamma

Abstract

In the present thesis, we have studied the emission of the long duration gamma ray bursts (LGRB) through numerical models that take into account the interaction of an ideal fluid with a thermal radiation field. Therefore, the results discussed in this thesis are in the context of those events that show thermal emission. Bursts of this type have recently been discovered due to a deviation from the standard model of LGRBs in their early emission phase. These emissions can be generated through the dynamic interaction of a jet, formed by a relativistic plasma, with the surrounding environment in which it propagates. The equations used to model the thermal emission associated with LGRBs are the relativistic Euler equations, coupled with the moments of the Boltzmann equation for the transport of photons. This set of equations represents a system of conservation laws that, along with two equations of states, evaluates macroscopic properties of the system such as: rest-mass density, pressure, velocity, and temperature of the fluid, as well as density of energy, flux, pressure and temperature of the radiation field. We have divided the numerical study into two stages. First, we explore the possibility that a one-dimensional ultra-relativist shock, which propagates in a stratified external environment, can generate gamma-ray emissions.

En la presente tesis se estudiaron los brotes de rayos gamma de larga duración (LGRB por su acrónimo en inglés, long gamma-ray bursts) mediante modelos numéricos que toman en cuenta la interacción de un fluido ideal con un campo de radiación térmico. Por lo tanto, los resultados se discuten en el marco de aquellos eventos que muestran brotes de emisión térmica. Brotes de este tipo han sido recientemente descubiertos debido a una desviación del modelo usual de LGRBs en su fase de emisión temprana, los cuales pueden ser generados a través de la interacción dinámica de un jet formado por un plasma relativista con el medio ambiente circundante en el cual se propaga. Las ecuaciones utilizadas para modelar la emisión térmica asociada a LGRBs son las ecuaciones de Euler, relativistas, acopladas con los momentos de la ecuación de Boltzmann para transporte de fotones. Este conjunto de ecuaciones representa un sistema de leyes de conservación que, junto con la adición de dos ecuaciones de estado, evalúa propiedades macroscópicas del sistema, tales como: la densidad de masa en reposo, presión, velocidad y temperatura del fluido; así como la densidad de energía, flujo, presión y temperatura del campo de radiación. El estudio numérico se dividió en dos etapas. Se exploró la posibilidad de que un choque ultrarelativista unidimensional, que se propaga en un medio externo estratificado, pueda generar brotes de rayos gamma.