[論文レビュー] A Complete Survey of the Transient Radio Sky and Implications for Gamma-Ray Bursts, Supernovae, and other Relativistic Explosions

A. Gal‐Yam, E. O. Ofek+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 62

ひとこと要約

本研究は、FIRSTおよびNVSS電波カタログを用いて、一時的な電波天の川を包括的に調査し、残光のないガンマ線バースト（GRB）の候補を同定・追跡した。その結果、説得力ある残光のないGRBの残光は検出されず、GRBのビーミング要因の下限が $ f_b^{-1} \geq 62 $ であることが示された。これは、コアコリプス超新星のわずか一部しか相対論的ジェットを生成しないことを示唆している。

ABSTRACT

We had previously reported on a survey for radio transients, used to set an upper limit on the number of orphan gamma-ray burst (GRB) radio afterglows, and thus a lower limit on the typical GRB beaming factor. Here we report radio and optical follow-up observations of these possible transients, achieving the first full characterization of the transient radio sky. We find that only two source are likely to be real radio transients, an optically obscured radio supernova (SN) in the nearby galaxy NGC 4216, and a source not associated with a bright host galaxy, which is too radio luminous to be a GRB afterglow. We speculate that this may be a flare from a peculiar active galactic nucleus, or a burst from an unusual Galactic compact object. We place an upper limit of 65 radio transients above 6 mJy over the entire sky at the 95% confidence level. The implications are as follows. First, we derive a limit on the typical beaming of GRBs; we find f_b^{-1} >~ 60, ~5 times higher than our earlier results. Second, we impose an upper limit on the rate of events that eject >~ 10^{51} erg in unconfined relativistic ejecta, whether or not accompanied by detectable emission in wavebands other than the radio. Our estimated rate, <=1000/y/Gpc, is about two orders of magnitude smaller than the rate of core-collapse SNe (and type Ib/c events in particular), indicating that only a minority of such events eject significant amounts of relativistic material, which are required by fireball models of long-soft GRBs. Finally, we show that future wider and/or deeper radio variability surveys are expected to detect numerous orphan radio GRB afterglows. Our survey also illustrates the great potential of sensitive surveys with new instruments to revolutionize the study of nearby SNe (abridged).

研究の動機と目的

• 複数エポックの電波調査を用いて、空における一時的電波源を同定・特徴付けること。
• ビーミングモデルが予測するように、残光のないガンマ線バースト（GRB）の電波残光が広域電波調査で検出可能かどうかを検証すること。
• GRBのビーミング要因と、宇宙における相対論的爆発の発生率を制限すること。
• 将来の電波調査（例：SKA、ATA）が、隠れた超新星や残光のないGRBの残光を検出する可能性を評価すること。
• 光学的に遮蔽された超新星が、電波変動調査によって検出可能かどうかを同定すること。

提案手法

• 1.4 GHzにおけるフラックス変動を用いて、FIRSTおよびNVSS電波調査をクロス相関させ、電波一時的源を同定した。
• 全9件の候補一時的源について、追加の電波および光学観測を実施し、その性質を確認または否定した。
• 統計的分析を用いて、全天にわたる6 mJy以上の電波一時的源の95%信頼区間上限を65件とした。
• 更新されたパラメータとFrailら（2001年）の相関関係を組み込んだ、GRB残光の輝度とビーミングの修正モデルを適用し、$ f_b^{-1} $ の制限を導出した。
• 特にほこりや遮蔽環境にあるコアコリプス超新星の電波バンドでの検出可能性を評価した。
• SKAやATAなどの将来の機器の、電波一時的源の検出感度および調査能力を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビーミングモデルが予測するように、空に検出可能な残光のないガンマ線バーストの電波残光が存在するか？
• RQ2 $ \gtrsim 10^{51} $ ergの制限のない相対論的噴出物を放出する、真の相対論的爆発（例：GRB、ジェット付きSNe）の発生率は何か？
• RQ3 広域電波調査は、ほこりによる減光のために光学調査で見逃される光学的遮蔽超新星を検出可能か？
• RQ4 観測された電波一時的天の川は、GRB残光や他の一時的現象に対する理論的期待とどのように一致するか？
• RQ5 将来の電波調査が、残光のないGRBの残光や隠れた超新星を検出する見込みは何か？

主な発見

• 9件の候補一時的源のうち7件は、実際の電波一時的源である可能性が低く、大規模電波調査のクロス相関において高い偽陽性率を示している。
• 1件の源は、近くの渦巻銀河NGC 4216に存在する光学的遮蔽電波超新星である可能性が最も高く、広域電波調査による同種の発見としては初である。
• 2番目の源は、R = 24.5 magまでに光学的宿主銀河が検出されず、GRB残光としてはあまりに明るすぎるため、珍しい電波活性AGNのフレアまたは銀河内コンact対象の可能性がある。
• 本調査では、全天にわたる6 mJy以上の電波一時的源の95%信頼区間上限が65件であると設定された。
• 解析からGRBのビーミング要因の下限が $ f_b^{-1} \geq 62 $ であることが得られ、以前の推定値よりも顕著に高いものであり、実際の値はこの数値の1桁以内にあり得るとされた。
• 制限のない相対論的噴出物を$ \gtrsim 10^{51} $ ergで放出する相対論的爆発の発生率は $ \dot{n} \leq 1000 \, \text{yr}^{-1} \, \text{Gpc}^{-3} $ に制限され、これはコアコリプスSNeのわずか一部しかこのようなジェットを生成しないことを示している。