[論文レビュー] Discovery of the peculiar supernova 1998bw in the error box of GRB980425

T. J. Galama, P. M. Vreeswijk+43 more|CERN Bulletin|Jun 12, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 8被引用数 972

ひとこと要約

本論文は、弱いガンマ線バースト GRB 980425 の誤差領域内に、非常に明るく特異なタイプ Ic 超新星 SN 1998bw の発見を報告している。超新星の極端な電波的性質—相対論的流れを示唆するもの—は、バーストと物理的関連がある可能性を示し、同じガンマ線特徴を示すにもかかわらず、GRB は多様なメカニズムに起因する可能性を示唆しており、すべての GRB に同一の前身星モデルが適用可能であるという仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

The discovery of X-ray, optical and radio afterglows of gamma-ray bursts (GRBs) and the measurements of the distances to some of them have established that these events come from Gpc distances and are the most powerful photon emitters known in the Universe, with peak luminosities up to 10^52 erg/s. We here report the discovery of an optical transient, in the BeppoSAX Wide Field Camera error box of GRB980425, which occurred within about a day of the gamma-ray burst. Its optical light curve, spectrum and location in a spiral arm of the galaxy ESO 184-G82, at a redshift z = 0.0085, show that the transient is a very luminous type Ic supernova, SN1998bw. The peculiar nature of SN1998bw is emphasized by its extraordinary radio properties which require that the radio emitter expand at relativistical speed. Since SN1998bw is very different from all previously observed afterglows of GRBs, our discovery raises the possibility that very different mechanisms may give rise to GRBs, which differ little in their gamma-ray properties.

研究の動機と目的

• BeppoSAX の誤差領域内に発見された光学的瞬時天体の性質を調査すること。
• その瞬時天体が GRB 980425 と物理的に関連しているかどうかを、光学的・電波的・X線的性質を分析することで特定すること。
• SN 1998bw が相対論的流れを示す稀なタイプの超新星であるかどうかを評価し、低輝度 GRB の起源を説明できる可能性を検討すること。
• SN 1998bw と GRB 980425 の偶然の一致の統計的尤度を評価すること。
• 特にハイパーノバ仮説を念頭に、観測された極端なエネルギーおよび運動的性質を踏まえて、GRB の前身星モデルに与える意味を検討すること。

提案手法

• Mt. Stromlo 看望台の 30 インチおよび 50 インチ望遠鏡、Siding Spring 看望台の 40 インチ望遠鏡を用いた光学的モニタリングにより、UBVRI バンドにおける瞬時天体の光度曲線を検出・追跡する。
• ESO の 3.5m ニュー・テクノロジー望遠鏡（NTT）その他の ESO 望遠鏡を用いたスペクトルおよび光度解析により、赤方偏移、絶対等級、スペクトル的特徴を特定する。
• 電波観測により輝度温度を測定し、相対論的流れを推定する。相対論的運動を診断する指標として、スーパーコンプトン輝度温度を用いる。
• BeppoSAX の狭帯域機器を用いたX線フォローアップ観測により、誤差領域内のX線源を特定・特徴付け、その時間的変動性を評価する。
• 超新星の発生率および一致確率の統計的モデル化により、瞬時天体と GRB 980425 の偶然的関連の可能性を評価する。
• 他の GRB と比較して、バーストのガンマ線的性質（持続時間、放射量、スペクトル）が、通常のものと比べてどれほど特異であるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的瞬時天体 SN 1998bw は GRB 980425 と物理的に関連しているのか、それとも偶然の接近にすぎないのか？
• RQ2 SN 1998bw の物理的性質は何か？ そして、標準的なタイプ Ic 超新星とはどのように異なるのか？
• RQ3 SN 1998bw の極端に高い電波輝度温度の原因は何か？ これは相対論的流れの存在をどのように示唆するのか？
• RQ4 物理的関連がある場合、SN 1998bw のエネルギー特性と GRB 980425 のガンマ線特性は両立可能か？
• RQ5 光学的・電波的・X線的性質の統合的解析から、GRB 980425 の前身星メカニズムおよび関連超新星の性質について何が示唆されるか？

主な発見

• SN 1998bw は赤方偏移 z = 0.0085 の非常に明るいタイプ Ic 超新星であり、ESO 184-G82 の渦巻き腕に位置する。
• R バンド光度曲線にプラットフォームが観測され、その後最大光度に達するまでの上昇率は約 0.25 mag day⁻¹ であり、前身星表面での衝撃ブレイクを示唆している。
• SN 1998bw の電波放射は、コンプトン限界を超える輝度温度を示しており、ローレンツ因子 Γ > 10 の相対論的流れを示唆している。
• GRB 980425 のガンマ線ピーク放射度は 5.5 ± 0.7 × 10⁴⁶ erg s⁻¹ であり、全エネルギーは 8.5 ± 1.0 × 10⁴⁷ erg にのぼり、通常の GRB よりも著しく低い。
• SN 1998bw と GRB 980425 の偶然的一致の確率は 1.1 × 10⁻⁴ と推定され、物理的関連を支持する。
• データから、GRB 980425 と SN 1998bw はハイパーノバに類似した爆発によって関連している可能性があるが、低エネルギー出力は、通常の高エネルギー GRB とは異なるメカニズムを示唆している。