Models for the Circumstellar Medium of Long Gamma-Ray Burst Progenitor Candidates

Abstract

We present hydrodynamical models of circumstellar medium (CSM) of long gamma-ray burst (GRB) progenitor candidates. These are massive stars that have lost a large amount of mass in the form of stellar wind during their evolution. There are two possible ways to probe the CSM of long GRB progenitors. Firstly, the GRB afterglow consists of synchrotron radiation, emitted when the GRB jet sweeps up the surrounding medium. Therefore, the lightcurve is directly related to the density profile of the CSM. The density can either decrease with the radius squared (as is the case for a freely expanding stellar wind) or be constant (as we would expect for shocked wind or the interstellar medium). Secondly, material between the GRB and the observer will absorb part of the afterglow radiation, causing absorption lines in the afterglow spectrum. In some cases, such absorption lines are blue-shifted relative to the source indicating that the material is moving away from the progenitor star. This can be explained in terms of wind interactions in the CSM. We can use the CSM of these stars to investigate their prior evolutionary stage.

Resumen

Presentamos modelos hidrodinámicos del medio circunestelar (CSM) alrededor de candidatos progenitores de estallidos de rayos gamma (GRB) largos. Estos son estrellas masivas que han perdido gran parte de sus masas en forma de vientos estelares durante sus evoluciones. Hay dos formas posibles de examinar el CSM de progenitores de GRB largos. Primeramente, el residuo del GRB se observa en radiación sincrotrón, emitida cuando el chorro supersónico del GRB barre el medio circundante. De esta forma, la curva de luz está directamente relacionada con el perfil de densidad del CSM. La densidad puede tanto decrecer como el cuadrado del radio (como es el caso de un viento estelar que se expande libremente) o ser constante (como se esperaría para un viento chocado o para el medio interestelar). Segundamente, el material entre el GRB y el observador absorberá parte de la radiación del residuo del GRB, causando líneas de absorción en el espectro del residuo. En algunos casos, tales líneas de absorción estarán corridas al azul con respecto a la fuente, indicando que el material se aleja de la estrella progenitora. Esto puede ser explicado en términos de interacciónes de vientos en el CSM. Se pueden usar los CSM de estas estrellas para investigar sus estados de evolución previa.