[論文レビュー] Evidence for a decreasing X-ray afterglow emission of GW170817A and GRB 170817A in XMM-Newton

P. D’Avanzo, S. Campana+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 13被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、GW170817AおよびGRB 170817AのXMM-Newton観測をイベント後135日目に実施し、当初の安定した明るみの増加に続くX線後光の著しい減少を明らかにした。このflux低下は、ハッブル望遠鏡の光学データと一貫したスペクトル勾配によって裏付けられ、冷却ではなく幾何的または力学的要因によるものである。構造的ジェットモデルと等方的フレアボールモデルの両方が、観測データを同等に適合する。

ABSTRACT

We report our observation of the short GRB 170817A, associated to the binary neutron star merger event GW 170817, perfomed in the X-ray band with XMM-Newton 135 d after the event (on the 29th December 2017). We find that the X-ray light curve started to decrease with respect to the previous steadily brightening trend. This is also supported by a nearly simultaneous optical Hubble Space Telescope observation. Since the optical-to-X-ray spectral slope did not change with respect to previous observations, we exclude that the decrease in flux is due to the passage of the cooling frequency: its origin must be geometric or dynamical. We interpret all the existing afterglow data with two models: i) a structured jet and ii) a jet-less isotropic fireball with some stratification in its radial velocity structure. Both models fit the data and predict that the radio flux must decrease simultaneously with the optical and the X-ray one, making hard to distinguish between them at the present stage. Polarimetric measures and the rate of short GRB-GW association in future LIGO/Virgo runs will be key to disentangle these two geometrically different scenarios.

研究の動機と目的

• GW170817AおよびGRB 170817AのX線後光発光の初期の明るみの増加以降の進化を調査すること。
• 観測されたflux低下が冷却などの物理的過程によるものか、幾何的／力学的効果によるものかを特定すること。
• 構造的ジェットと径方向速度構造を有する等方的フレアボールの2つの競合モデルが、後光光曲線をどのように説明できるかを比較すること。
• X線および光学の光曲線挙動が、短時間ガンマ爆発後光の放射幾何学的性質を理解するために示唆する意味を評価すること。

提案手法

• イベント後135日目の2017年12月29日、XMM-Newtonを用いてGW170817AのX線観測を実施した。
• 以前の観測で確認された安定した明るみの増加傾向と比較し、flux進化の逆転を検出するためにX線光曲線を分析した。
• 同時期の光学データをハッブル宇宙望遠鏡を用いて取得し、バンド間でのflux進化の整合性を検証した。
• 冷却周波数の通過による変化を除外するために、光学〜X線スペクトル勾配を分析した。
• 理論的モデルとして、構造的ジェットと径方向速度構造を有する等方的フレアボールの両方を用いて、全後光光曲線をフィットした。
• 多波長データとのモデル適合性を評価し、偏光測定や将来のGRB-GW検出率といった観測的判別子について議論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GW170817AのX線後光fluxが、安定した明るみの増加に続いて減少した原因は何か？
• RQ2 flux低下は冷却周波数の通過によるものか、幾何的または力学的効果によるものか？
• RQ3 観測された後光光曲線は、構造的ジェットモデルと、径方向速度構造を有する等方的フレアボールモデルの両方で同等に説明可能か？
• RQ4 将来の事象において、構造的ジェットモデルと等方的フレアボールモデルを区別するための観測的診断法は何か？
• RQ5 LIGO/Virgoの観測期間における短時間ガンマ爆発-GW連関の増加率は、後光モデルにおける幾何的曖昧性を解消するためにどのように寄与するか？

主な発見

• GW170817AのX線後光は、イベント後135日目に明確なflux低下を示し、以前の安定した明るみの増加傾向からの逆転を示した。
• 光学〜X線スペクトル勾配は一定のままであり、flux低下が冷却周波数がX線バンドを通過したためのものではないことを示した。
• したがって、flux低下はスペクトル進化ではなく、幾何的または力学的要因によるものと結論づけられる。
• 構造的ジェットモデルと、径方向速度構造を有する等方的フレアボールモデルの両方が、観測された後光光曲線を同等に適合した。
• 両モデルとも、電波fluxが光学およびX線fluxと連動して低下すると予測しており、現段階では区別がつかない。
• 将来的な偏光測定と、LIGO/Virgo観測における短時間ガンマ爆発-GW連関の増加率が、2つの幾何モデルを区別する上で極めて重要である。