[論文レビュー] Cosmic Gamma-Ray Bursts, Their Afterglows, and Their Host Galaxies

K. Hurley, Re’em Sari+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、宇宙線ガンマ線バースト（GRBs）、その後光、および母銀河の現象論的特徴、理論的モデル、宇宙論的意味についてレビューする。GRBsが宇宙距離の星形成領域における超相対論的流れに起因すること、後光が高赤方偏移領域の星間媒体および銀河進化、特に宇宙再イオン化期のプローブとして重要な役割を果たすことが明らかにされた。

ABSTRACT

This is a review article for the book "Compact Stellar X-Ray Sources", Editors W. Lewin and M. van der Klis, to be published by Cambridge University Press in 2003. It covers the phenomenology of cosmic gamma-ray bursts, the theory of their afterglows, and the observations and interpretation of their host galaxies.

研究の動機と目的

• 観測的および理論的進展に基づき、GRBの起源、後光の物理、母銀河の性質に関する現在の理解を統合すること。
• GRBsが高赤方偏移星間媒体および銀河進化を探査可能な宇宙論的ライトハウスとして機能することを確立すること。
• 高赤方偏移GRBsが原始星形成および宇宙再イオン化を探査する可能性を評価すること。
• 後光観測が線路上の星間媒体（ISM）およびダストの性質を制約する役割を評価すること。
• GRBのビーム形成およびコリメーションがエネルギー予算推定および検出率に与える影響を検討すること。

提案手法

• バーストの光曲線、エネルギースペクトル、統計的分布を分析し、バーストタイプの分類と物理的メカニズムの同定を行う。
• 内部および外部シャockメカニズムを含む相対論的フレイムボールモデルを適用し、全波長域における即時放射および後光放射を説明する。
• 後光光曲線におけるジェットブレイクのシグネチャを用いてコリメーションを推定し、全出力エネルギーに対するビーム補正を導出する。
• 電波、光学、X線の多波長後光観測を用いて母銀河を特定し、赤方偏移を測定する。
• 後光の分光的フォローアップ観測を用いて、高赤方偏移領域の星間媒体の物理的状態を探査する。
• 光度赤方偏移指標および原始星（Population III星）の理論的初期質量関数（IMF）を用いて、高赤方偏移GRBsの予想される割合をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRBsにおける即時ガンマ線放射を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ2 後光光曲線およびスペクトルエネルギー分布は、相対論的流れモデルおよびジェット幾何学をどの程度制約するか？
• RQ3 GRBsが高赤方偏移銀河の星間媒体および再イオン化期をどの程度効果的に探査できるか？
• RQ4 何パーセントのGRBsが赤方偏移 z > 5 で発生し、選択効果は検出可能性にどのように影響するか？
• RQ5 後光段階におけるISM吸収ラインの変動は、周囲環境の動的変化を明らかにできるか？

主な発見

• GRBsは、質量の大きな星の核崩壊に起因する超相対論的流れによって駆動され、Blandford-Znajek機構によるエネルギー抽出と内部シャックがガンマ線放射を生成する。
• 後光は星間媒体または周囲星間物質における外部シャックに起因し、電波、光学、X線帯域でパワーロー減衰を示す。
• ジェットのコリメーションがガンマ線放射のビーム形成を説明し、等方的仮定と比較して全エネルギー推定値を約100倍小さくする。
• ジェットブレイクの観測的証拠および後光光曲線の変動性は、相対論的フレイムボールモデルを支持し、赤方偏移およびエネルギー測定を可能にする。
• 高赤方偏移GRBs（z > 5）は、原始星形成および宇宙再イオン化を探査可能な可能性を有し、検出可能なバーストの最大50％がz > 5で発生している可能性がある。
• 高赤方偏移GRB後光の分光測定は、QSOスペクトルに一般的に見られる近接効果に左右されない、特異的でクリアな中性銀河間媒体のプローブを提供する。