[論文レビュー] Bright X-ray flares in XRF 050406 and GRB 050502B provide evidence for extended central engine activity

D. N. Burrows, P. Romano+32 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、XRF 050406およびGRB 050502Bにおける明るいX線フレアの証拠を提示し、長期間のガンマ線バーストの中心エンジンが、初期ガンマ線放出の終了後も数百分間にわたり活性を維持していることを示し、内部衝撃活動の継続を示している。これらのフレアは、バーストから数分後に検出されたが、中心エンジン活動の終了に関する従来の仮定に挑戦し、火球への延長されたエネルギー注入を示唆している。

ABSTRACT

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful explosions since the Big Bang, with typical energies around 10**51 ergs. Long GRBs (duration > 2 s) are thought to signal the creation of black holes, most likely by collapse of massive stars. The detected signals from the resulting highly relativistic fireball consist of prompt gamma-ray emission (from internal shocks in the fireball) lasting for several seconds to minutes, followed by afterglow emission (from external shocks as the fireball encounters surrounding material) covering a broad range of frequencies from radio through X-rays. Because of the time needed to determine the GRB position, most afterglow measurements have been made hours after the burst, and little is known about the characteristics of afterglows in the minutes following a burst, when the afterglow emission is actively responding to inhomogeneities in both the fireball and the circumburst environment. Here we report our discovery of two bright X-ray flares peaking a few minutes after the burst. These amazingly strong, rapid X-ray flares imply that the central engines of the bursts are active at much later times than previously thought, with strong internal shocks continuing for hundreds of seconds after the gamma-ray emission has ended.

研究の動機と目的

• 長期間のガンマ線バーストに続く重要な数分間の後光放射の性質を調査すること。これは、これまでにほとんど観測が行われていなかった期間である。
• 中心エンジン活動が、初期ガンマ線放出の終了後も継続しているかどうかを特定すること。
• 初期バーストから数分後に検出された予期しない明るいX線フレアの原因を検討すること。
• 遅発X線フレアが火球モデルの力学的挙動およびエネルギー注入メカニズムに与える影響を評価すること。

提案手法

• Swift/XRT観測によるXRF 050406およびGRB 050502BのX線光曲線の分析。
• 初期バーストから数分後にピークを迎える明るく急速なX線フレアの特定。
• 内部衝撃モデルとフレアの特徴を比較し、継続的なエネルギー注入を推定すること。
• 時間的およびスペクトル的解析を用いて、中心エンジン活動の持続時間とエネルギー効率を制約すること。
• 不均一な環境における火球の延長された活動とフレア特性の整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長期間のガンマ線バーストの中心エンジンは、初期ガンマ線放出の終了後も活性を維持するか？
• RQ2 初期バーストから数分後に観測された明るいX線フレアの原因は何か？
• RQ3 遅発フレアは、火球の力学的挙動および周囲物質との相互作用にどのように制約を加えるか？
• RQ4 観測されたフレアは、長期間にわたるエネルギー注入による内部衝撃で説明可能か？

主な発見

• XRF 050406およびGRB 050502Bで、初期バーストから約200–300秒後にピークを迎える明るいX線フレアが検出された。
• フレアは非常に強く、急速で、遅発時に顕著なエネルギー放出を示している。
• これらのフレアの存在は、初期ガンマ線放出の終了後も、内部衝撃が数百分間にわたり継続していたことを示している。
• これらのバーストの中心エンジンは、従来の考えよりもはるかに長期間にわたり活性を維持しており、標準的な火球モデルに挑戦している。
• フレアは、長期間にわたる中心エンジンからのエネルギー注入を示唆しており、おそらくは長寿命な中心エンジンによるものである。