The Unusual Super-Luminous Supernovae SN 2011kl and ASASSN-15lh

Two recently discovered very luminous supernovae (SNe) present stimulating cases to explore the extents of the available theoretical models. SN 2011kl represents the first detection of a supernova explosion associated with an ultra-long duration gamma ray burst. ASASSN-15lh was even claimed as the most luminous SN ever discovered, challenging the scenarios so far proposed for stellar explosions. Here we use our radiation hydrodynamics code in order to simulate magnetar powered SNe. To avoid explicitly assuming neutron star properties we adopt the magnetar luminosity and spin-down timescale as free parameters of the model. We find that the light curve (LC) of SN 2011kl is consistent with a magnetar power source, as previously proposed, but we note that some amount of 56^Ni (> 0.08 M_sun) is necessary to explain the low contrast between the LC peak and tail. For the case of ASASSN-15lh we find physically plausible magnetar parameters that reproduce the overall shape of the LC provided the progenitor mass is relatively large (a mass of the ejecta approx 6 M_sun). The ejecta hydrodynamics of this event is dominated by the magnetar input, while the effect is more moderate for SN 2011kl. We conclude that a magnetar model may be used for the interpretation of these events and that the hydrodynamic modeling is necessary to derive the properties of powerful magnetars and their progenitors.Comment: Accepted by Astrophysical Journal Letters, 5 pages, 5 figure

Hadronic gamma-ray production in microquasars with equatorial winds

Los microcuasáres son sistemas binarios con emisión en rayos X vinculada a acreción, en los cuales se han detectado chorros de partículas relativistas (jets) a través de su emisión en bandas de radio. La transferencia de masa al objeto compacto puede darse a través del viento ecuatorial de la primaria, cuando ésta es de tipo espectral temprano, como es el caso del microcuásar LSI +61 303. En estos casos se dará inevitablemente una interacción entre el viento estelar y los jets, que puede resultar en la emisión de fotones con muy alta energía. El interés por este escenario resurge a partir de la confirmación de los microcuásares como fuentes detectadas a energías en el rango TeV. Presentamos un modelo para la emisión de rayos gamma que se origina en la interacción de protones relativistas del jet, con los protones fríos de un viento confinado en un disco circunestelar. Se calculó también, en forma simplificada, la emisión de los leptones secundarios. Teniendo en cuenta efectos de opacidad en la fostósfera, hemos podido estimar una curva de luz y un espectro que pueden ser contrastados con las mediciones de observatorios en altas energías como MAGIC o HESS.Microquasars are accreting X-ray binary systems with non-thermal radio jets. When the primary is a highmass early-type star, the compact object accretes from the stellar wind. In some cases, like LS I +61 303, the wind forms an equatorial disk and the secondary moves through it. In such a situation a strong interaction between the relativistic flow and the dense wind material is unavoidable and could result in the generation of high-energy emission. This is particularly interesting since microquasars have been recently confirmed to be high-energy γ-ray sources. We present here a hadronic model for gamma-ray production in this kind of systems, with a specific application to the case of LS I +61 303. We calculate the gamma-ray emission originated in pp interactions between relativistic protons in the jet and cold protons from the wind. The emission from secondary electron-positron pairs is estimated as well. After taking into account opacity effects on the gammarays introduced by the different photons fields, we present high-energy spectral predictions that can be tested with the new generation Cherenkov telescopes like MAGIC and HESSFil: Orellana, Mariana Dominga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Instituto Argentino de Radioastronomía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Argentino de Radioastronomia; ArgentinaFil: Romero, Gustavo Esteban. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Instituto Argentino de Radioastronomía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Argentino de Radioastronomia; Argentin

High-energy gamma-ray emission from the inner jet of LS I +61 303: the hadronic contribution revisited

LS I +61 303 has been detected by the Cherenkov telescope MAGIC at very high energies, presenting a variable flux along the orbital motion with a maximum clearly separated from the periastron passage. In the light of the new observational constraints, we revisit the discussion of the production of high-energy gamma rays from particle interactions in the inner jet of this system. The hadronic contribution could represent a major fraction of the TeV emission detected from this source. The spectral energy distribution resulting from pp interactions is recalculated. Opacity effects introduced by the photon fields of the primary star and the stellar decretion disk are shown to be essential in shaping the high-energy gamma-ray light curve at energies close to 200 GeV. We also present results of Monte Carlo simulations of the electromagnetic cascades developed very close to the periastron passage. We conclude that a hadronic microquasar model for the gamma-ray emission in LS I +61 303 can reproduce the main features of its observed highenergy γ -ray flux.Instituto Argentino de RadioastronomíaFacultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Double-peaked SuperNovae

Fil: Bersten, M. CCT-CONICET-UNLP. Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP), La Plata, Argentina.Fil: Orellana, Mariana. CONICET; Argentina.Fil: Orellana, Mariana. Universidad Nacional de Río Negro. Río Negro, Argentina.Se adjunta versión aceptada para su publicaciónThrough hydrodynamical 1D simulations we explore two of the more promissing physical scenarios invoked to explain peculiar double-peaked supenovae. One consists of a double radioactive nickel distribution formed when some of this material is pushed out by a putative jet that is related to the supernova explosion. The other scenario has only outer nickel, but the main peak is powered by a newly born magnetar. We present the whole evolution of the bolometric light curve for a helium-rich progenitor. The main goal is to compare the resulting bolometric light curves (LCs) and to confirm the fact that, for some parameters, the two peaks are clearly departed, being the latter a brigther and broader main peak.A través de simulaciones hidrodinámicas 1D, exploramos dos de los escenarios físicos más prometedores invocados para explicar las peculiares supernovas de doble pico. Uno consiste en una doble distribución de níquel radiactivo que se forma cuando parte de este material es expulsado por un supuesto chorro que está relacionado con la explosión de la supernova. El otro escenario solo tiene níquel exterior, pero el pico principal es impulsado por una magnetar recientemente formado. Presentamos toda la evolución de la curva de luz bolométrica para un progenitor rico en helio. El objetivo principal es comparar las curvas de luz bolométricas resultantes y confirmar el hecho de que, para algunos parámetros, los dos picos están claramente separados, siendo este último un pico principal más ancho y brillante

Gamma-Ray Emission From Be/X-Ray Binaries

Be/X-ray binaries are systems formed by a massive Be star and a magnetized neutron star, usually in an eccentric orbit. The Be star has strong equatorial winds occasionally forming a circumstellar disk. When the neutron star intersects the disk the accretion rate dramatically increases and a transient accretion disk can be formed around the compact object. This disk can last longer than a single orbit in the case of major outbursts. If the disk rotates faster than the neutron star, the Cheng-Ruderman mechanism can produce a current of relativistic protons that would impact onto the disk surface, producing gamma-rays from neutral pion decays and initiating electromagnetic cascades inside the disk. In this paper we present calculations of the evolution of the disk parameters during both major and minor X-ray events, and we discuss the generation of gamma-ray emission at different energies within a variety of models that include both screened and unscreened disks.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Supernovae double-peaked light curves from double-nickel distribution

Fil: Bersten, Melina C. Instituto de Astrofísica de La Plata, CONICET-UNLP; Argentina.Fil: Orellana, Mariana D. Universidad Nacional de Río Negro. Río Negro; Argentina.Fil: Orellana, Mariana D. CONICET; Argentina.Among supernovae (SNe) of different luminosities, many double-peaked light curves (LCs) have been observed, representing a broad morphological variety. In this work, we investigate which of these can be modelled by assuming a double-peaked distribution of their radioactive material, as originally proposed for SN2005bf. The inner zone corresponds to the regular explosive nucleosynthesis and extends outwards, according to the usual scenario of mixing. The outer 56Ni-rich shell may be related to the effect of jet-like outflows that have interacted with more distant portions of the star before the arrival of the SN shock. As the outer layer is covered by matter that is optically less thick, its energy emerges earlier and generates a first peak of radiation. To investigate this scenario in more detail, we have applied our hydrodynamic code that follows the shock propagation through the progenitor star and takes into account the effect of the gamma-ray photons produced by the decay of the radioactive isotopes. We present a simple parametric model for the 56Ni abundance profile and explore the consequences on the LC of individually varying the quantities that define this distribution, setting our focus onto the stripped-envelope progenitors. In this first study, we are interested in the applicability of this model to SNe that have not been classified as superluminous, thus, we have selected our parameter space accordingly. Then, within the same mathematical prescription for the 56Ni-profile, we revisited the modelling process for a series of objects: SN2005bf, PTF2011mnb, SN2019cad, and SN2008D. In some cases, a decrease in the gamma ray opacity is required to fit the late time observations. We also discuss the other cases in which this scenario might be likely to explain the LC morphology.Entre las supernovas (SNe) de diferentes luminosidades, se han observado muchas curvas de luz (LC) de doble pico, que representan una amplia variedad morfológica. En este trabajo, investigamos cuáles de estos pueden modelarse asumiendo una distribución de doble pico de su material radiactivo, como se propuso originalmente para SN2005bf. La zona interior corresponde a la nucleosíntesis explosiva regular y se extiende hacia el exterior, según el escenario habitual de mezcla. La capa exterior rica en 56Ni puede estar relacionada con el efecto de flujos de salida similares a chorros que han interactuado con porciones más distantes de la estrella antes de la llegada del choque de la SN. Como la capa exterior está cubierta por materia ópticamente menos gruesa, su energía emerge antes y genera un primer pico de radiación. Para investigar este escenario con más detalle, hemos aplicado nuestro código hidrodinámico que sigue la propagación del choque a través de la estrella progenitora y tiene en cuenta el efecto de los fotones de rayos gamma producidos por la desintegración de los isótopos radiactivos. Presentamos un modelo paramétrico simple para el perfil de abundancia de 56Ni y exploramos las consecuencias en la LC de variar individualmente las cantidades que definen esta distribución, centrándonos en los progenitores despojados de envoltura. En este primer estudio, estamos interesados ​​en la aplicabilidad de este modelo a SNe que no han sido clasificados como superluminosos, por lo que hemos seleccionado nuestro espacio de parámetros en consecuencia. Luego, dentro de la misma prescripción matemática para el perfil de 56Ni, revisamos el proceso de modelado para una serie de objetos: SN2005bf, PTF2011mnb, SN2019cad y SN2008D. En algunos casos, se requiere una disminución en la opacidad de los rayos gamma para adaptarse a las observaciones tardías. También discutimos los otros casos en los que este escenario podría explicar la morfología de LC

Rayos gamma y rayos cósmicos: los mensajeros de un Universo violento

Una de las principales dificultades para la detección de radiación gamma se debe a su capacidad de interacción con los gases de la atmósfera (y con materia en general): los fotones son absorbidos pero su contenido energético, como en toda reacción natural, debe conservarse. Como resultado de la absorción de fotones gamma se dá la creación (o a veces llamada materialización) de un par formado por una partícula y su correspondiente antipartícula, siendo el canal más probable el de los pares electrón-positrón. Estas partículas heredan la energía del fotón gamma y por tanto se mueven a una velocidad muy alta, tanto que emiten nuevos fotones gamma de energía ligeramente menor a la del gamma original, esto se repite y en un efecto de cascada o lluvia se pueden dar muchas generaciones de este tipo. Las partículas que forman las cascadas se pueden medir con distintos tipos de detectores de partículas, generalmente basados en la ionización de la materia o en el efecto Cherenkov

Segundo workshop de difusión y enseñanza de la astronomía

Entre el 22 y el 24 de febrero pasado, en la ciudad de Esquel, Chubut, se reunieron más de un centenar de entusiastas, profesores, divulgadores, aficionados e investigadores de la astronomía de toda Argentina, así como de diversos países. Con gran éxito se realizó allí el segundo Workshop de Difusión y Enseñanza de la Astronomía. La observación del eclipse anular de Sol del 26 de febrero fue la actividad final, para lo cual los participantes se trasladaron unos 350 km hacia el sur de la provincia para llegar a un tramo desierto de la Ruta Nacional 40 cercano a la pequeña localidad de Facundo

High-energy gamma-ray production in microquasars

A hadronic model for gamma-ray production in microquasars is presented. Microquasars are galactic binary systems with jets, which have, presumably, hadronic components. We consider a microquasar formed by a neutron star that accretes matter from the equatorial wind of a Be primary star. The collision between the jet, emitted by the compact object, and the dense equatorial disk of the companion massive star is responsible for the gamma-ray production. Gamma-rays result from the decay of neutral pions produced in relativistic pp interactions arising from this collision all along the orbit. Assuming a simple, positional independent set of parameters, our calculations are consistent with a peak of gamma-ray flux at the periastron passage with a secondary maximum near apastron. Under this assumption, gamma-ray signals would be in contrast with the radio/X-ray outbursts which peak clearly after periastron. We finally calculate the opacity of the ambient photon field to the propagation of the gamma-rays. The spectral energy distribution appears strongly attenuated in a wide band (50 GeV - 50 TeV) due to local absorption. These spectral features should be detectable by an instrument like MAGIC through exposures integrated along several periastron passages.Fil: Christiansen, Hugo. Universidade Estadual Do Ceara; BrasilFil: Romero, Gustavo Esteban. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Instituto Argentino de Radioastronomía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Argentino de Radioastronomia; ArgentinaFil: Orellana, Mariana Dominga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Instituto Argentino de Radioastronomía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Argentino de Radioastronomia; Argentin