[論文レビュー] A new type of massive stellar death: no supernovae from two nearby long gamma ray bursts

J. P. U. Fynbo, D. Watson+22 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、長期間継続するガンマ線バースト（GRB 060505 および 060614）が、核心崩壊型超新星を伴わずに発生した観測的証拠を提示しており、広く受け入れられているコラプサー模型に挑戦している。深紫外・可視光・近赤外多バンド後光および宿主銀河スペクトロスコピーにより、ほこりによる遮蔽は否定され、質量の大きな星が超新星爆発を経ずに直接ブラックホールへと崩壊する、新たな種類の質量星の死を示唆している。

ABSTRACT

It is now accepted that long duration gamma-ray bursts (GRBs) are produced during the collapse of a massive star. The prevailing model (the collapsar) predicts that a broad-lined and luminous Type Ic core-collapse supernova (SN) accompanies every long-duration GRB. This association has been confirmed in observations of several nearby GRBs. Here we present observations of two nearby long-duration GRBs that challenge the prevailing model. In the GRBs 060505 and 060614 we demonstrate that no SN emission accompanied these bursts, down to limits hundreds of times fainter than the archetypal SN 1998bw that accompanied GRB 980425, and fainter than any Type Ic SN ever observed. Multi-band observations of the early afterglows, as well as spectroscopy of the GRB 060505 host galaxy, exclude the possibility of significant dust obscuration. Both GRBs are long-duration bursts, and we show that they lie in actively star-forming regions, typical of long GRBs. The absence of a SN to such deep limits is qualitatively different from all previous nearby long GRBs and suggests a new phenomenological type of massive stellar death.

研究の動機と目的

• 長期間継続するガンマ線バースト（GRBs）が、コラプサー模型が予測するように、広線幅型Ic超新星を常に伴うかどうかを調査すること。
• 一部のGRBsで超新星が観測されない原因が、ほこりによる遮蔽または観測限界に起因するという仮説を検証すること。
• GRB 060505 および 060614 で超新星が観測されないのは、本質的な欠如であるかを特定し、新たな星の死のメカニズムを示唆すること。
• これらのGRBsの宿主環境を検討することで、長期間継続するGRBとしての分類を確認し、代替的説明を除外すること。

提案手法

• GRB 060505 および GRB 060614 の後光に対して、深紫外・可視光・近赤外多バンド観測を実施し、超新星放射の有無を探索した。
• 両GRBsの宿主銀河のスペクトロスコピーを実施し、金属量、星形成度、およびほこりの減光の可能性を評価した。
• 観測された後光光曲線およびスペクトルエネルギー分布を、超新星および後光のモデルと比較し、超新星寄与成分を分離した。
• 光度測定およびスペクトロスコピーのデータを用いて、可能な超新星の明るさにきびしい上限を設定し、SN 1998bw よりも何百倍も暗いレベルまで到達した。
• 銀河内でのバーストの空間的分布を分析し、活発な星形成領域に発生していることを確認した。これは長期間継続するGRBの起源と整合的である。
• 観測された放射度と減光モデルを比較することで、ほこりによる遮蔽の可能性を評価し、顕著なほこり密度は認められなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 060505 で超新星が観測されないのは、ほこりによる遮蔽のためか、それとも本質的な放射欠如のためか？
• RQ2 長期間継続するガンマ線バーストは、コラプサー模型が予測するように、常に核心崩壊型超新星を伴うのか？
• RQ3 超新星を伴わないGRBsにおける星の前身星の性質は何か？
• RQ4 これらのGRBsの宿主銀河環境が、長期間継続するバーストとしての分類を確認できるか？
• RQ5 質量の大きな星が超新星を経ずに直接ブラックホールへと崩壊できる場合、星の進化モデルにどのような意味があるのか？

主な発見

• GRB 060505 や GRB 060614 では超新星放射は検出されず、その可能性のある超新星放射の上限はSN 1998bw よりも何百倍も暗いレベルまで下がった。
• 多バンド後光観測では、超新星の光曲線の兆候は認められず、これは顕著な衝撃波バーストや放射性核崩壊成分の欠如を示している。
• 両GRBsの宿主銀河のスペクトロスコピーにより、顕著なほこり減光は認められず、超新星が欠落している原因としてのほこり遮蔽は否定された。
• 両バーストとも活発な星形成領域に発生しており、長期間継続するバーストとしての分類が確認され、短期間継続型または軸外観測の可能性は除外された。
• これらの2件の事例で超新星が欠落していることは、標準的なコラプサー模型とは整合せず、すべての長期間継続するGRBに超新星が伴うと予測するものである。
• 結果は、超新星爆発を経ずに直接ブラックホールへと崩壊する、新たな種類の質量星の死を示唆している。