[論文レビュー] An overview of the current understanding of Gamma-ray Bursts in the Fermi era

P. N. Bhat, S. Guiriec|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、フェルミ宇宙望遠鏡の運用以降のガンマ線バースト（GRB）研究をレビューし、フェルミが提供する画期的なエネルギー範囲（10 keV–300 GeV）と多波長データを統合して、観測的・理論的進展を要約している。GRBの宇宙論的距離、初期放射の物理、後光の挙動、特に先進的なリヒター・ヴァイゴ（LIGO/Virgo）を用いたGRB源からの重力波検出の可能性について強調しており、ブラックホールの性質やダークエネルギーの新しい探査手段を提供する。

ABSTRACT

Gamma-ray bursts are the most luminous explosions in the Universe, and their origin as well as mechanism are the focus of intense research and debate. More than three decades since their serendipitous discovery, followed by several breakthroughs from space-borne and ground-based observations, they remain one of the most interesting astrophysical phenomena yet to be completely understood. Since the launch of Fermi with its unprecedented energy band width spanning seven decades, the study of gamma-ray burst research has entered a new phase. Here we review the current theoretical understanding and observational highlights of gamma-ray burst astronomy and point out some of the potential promises of multi-wavelength observations in view of the upcoming ground based observational facilities.

研究の動機と目的

• フェルミ宇宙望遠鏡の打ち上げに続くガンマ線バースト（GRB）の現在の理解を統合すること。
• フェルミの広範なエネルギー範囲（10 keV–300 GeV）がGRB物理学および多メッセンジャー天文学に与える影響を評価すること。
• GRB源からの重力波検出の可能性を評価すること、特にブラックホールの性質やダークエネルギーの探査の観点から。
• 近い将来の地上施設の役割がGRBおよび重力波天文学をどのように進展させるかを強調すること。

提案手法

• フェルミのガンマ線バーストモニタ（GBM）および大型アレー望遠鏡（LAT）から得られたGRBデータの分析（10 keV から 300 GeV の範囲）。
• スイフト、ベッポサックス、ヘーテ2、および他のミッションからの多波長観測を統合し、初期放射および後光放射を研究すること。
• ブラックホール形成、磁化された中性子星、およびバー状態不安定性を含むGRB中心エンジンの物理に関する理論的モデリング。
• GRB源からの重力波放射の評価、特に二重ブラックホール合体および回転する中性子星からの放射。
• 先進的なリヒター・ヴァイゴ（LIGO）、ヴァイゴ、および将来的な検出器（エイントシュタイン・テレスコープを含む）を用いた重力波検出の可能性の評価。
• スイフトからの赤方偏移測定を用いて、GRBの宿主環境および宇宙の星形成歴史を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミの70桁にわたるエネルギー範囲にわたる観測は、GRB初期放射および後光放射の理解をどのように向上させるか？
• RQ2 長期間GRBおよび短時間GRBの等方的天球分布が、それらの宇宙論的起源に与える意味は何か？
• RQ3 合体するブラックホールや不安定な中性子星などのGRB源からの重力波放射は、現在および将来の干渉計によって検出可能か？
• RQ4 X線後光の平坦期および浅い減衰段階は、中心エンジンで形成された高磁化ミリ秒パulsarの形成および重力波放射による自転減速とどのように関係しているか？
• RQ5 短時間GRB源からの重力波「標準サイン」がハッブル定数の測定およびダークエネルギーの探査に果たす可能性は何か？

主な発見

• フェルミのGBMは初期数年間で765件のGRBを検出し、LATは28件を検出。エネルギー範囲が300 GeVまで拡張され、一部のバーストで高エネルギー放射が明らかになった。
• フェルミ-GBMおよび以前のBATSEデータによる、長期間および短時間GRBの等方的天球分布は、それらの宇宙論的起源を支持し、局所的な銀河系またはクラスタ起源の源を除外する。
• 多くのGRBで初期X線後光に浅い減衰段階が観測され、中心エンジンで形成された高磁化ミリ秒パulsarからのエネルギー注入と関連している可能性がある。
• 新生中性子星における恒常的バー状態不安定性からの重力波放射は、ガンマ線バーストから数分から1時間遅れて検出可能な信号を生成する可能性があり、先進的なリヒター・ヴァイゴ（LIGO/Virgo）によるリアルタイム検出の窓を提供する。
• 10–50太陽質量の二重ブラックホール合体は、検出可能な重力波信号の主要候補であり、このような出来事は宇宙距離の測定およびダークエネルギーの状態方程式の状態を測定する「標準サイン」として機能する可能性がある。
• 現在のところGRBと一致する確認された重力波検出はなされていないが、2015年に導入が予定された先進的なリヒター・ヴァイゴ（LIGO/Virgo）検出器は、将来の多メッセンジャーGRB天文学における画期的な発見の可能性を強く示している。