[論文レビュー] Evidences for two Gamma-Ray Burst afterglow emission regimes

M. Boër, B. Gendre|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2000

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、赤方偏移が既知の8つのガンマ爆発（GRB）の宇宙論的補正を施した放射束から、ガンマ爆発のX線後光に二つの異なる放射メカニズム—放射的および断熱的—が存在することを示している。距離、放射束、時間遅延、吸収補正を施した後、X線光曲線に明確な相関が現れるが、光学データには同様の相関が見られない。これは、主に宿主銀河による吸収のためであり、これにより火球モデルにおける冷却機構の違いが支持される。

ABSTRACT

We applied cosmological and absorption corrections to the X-ray and optical afterglow fluxes of a sample of Gamma-Ray Burst sources of known distance. We find a good correlation in X-rays and that the GRBs in our sample form two well defined classes. We tentatively interpret them as radiative and adiabatic afterglow behaviours in the framework of the fireball model for GRBs. We do not observe this correlation at optical wavelengths. This discrepancy with the model may be due to the absorption in the source vicinity.

研究の動機と目的

• 赤方偏移が既知のGRBのX線後光曲線が、宇宙論的補正を施した後、普遍的な相関を示すかどうかを調査すること。
• 光学後光曲線が同様の相関を示すかどうかを確認し、相違が吸収の影響か、固有の放射メカニズムの違いに起因するかを特定すること。
• 火球モデルが予測する二つの異なる後光状態（放射的および断熱的）が、観測されたX線および光学後光曲線によって検証可能かどうかを検討すること。
• 銀河および宿主銀河の吸収が、光学後光放射束およびその時間的変化に与える影響を定量化すること。
• X線帯域と光学帯域の減衰指数の整合性を評価し、周囲媒質の密度が果たす役割を検討すること。

提案手法

• 赤方偏移が測定済みの8つのGRBについて、BeppoSAXおよび地上望遠鏡から得られたX線および光学後光データを収集した。
• 宇宙論的補正を実施：平坦なΛCDMモデル（ΩΛ=0.7）を用い、赤方偏移z=1を基準として、距離距離、時間遅延、放射束の正規化を施した。
• スペクトル指数を用いてX線放射束を補正した。未知の場合には、GRB後光の典型的な値であるα=1を仮定した。
• Schlegelら（1998）の減光マップを用い、光学Rバンドデータに対して銀河および宿主銀河の吸収補正を実施した。
• X線および光学後光曲線の両方について、べき乗則による減衰指数を算出し、サンプル全体で比較した。
• X線と光学の放射束比および減衰指数比を用いて、吸収の影響を推定し、火球モデルの予測を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移が既知のGRBのX線後光曲線は、宇宙論的補正を施した後、普遍的な相関を示すか？
• RQ2 X線では明確な相関が見られるにもかかわらず、なぜ光学後光曲線には相関が観測されないのか？
• RQ3 X線と光学の後光曲線の相違は、宿主銀河または銀河間媒体における吸収によって説明可能か？
• RQ4 観測されたX線および光学帯域の減衰指数は、火球モデルが予測する二つの異なる後光状態を支持するか？
• RQ5 吸収補正は、光学後光放射束の解釈およびその時間的変化にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 宇宙論的補正を施した後、サンプルのX線後光曲線に明確な相関が認められ、放射的および断熱的という二つの異なる放射メカニズムが存在することを示唆している。
• X線減衰指数の平均値は、最も明るいグループで1.6 ± 0.2、やや明るさが低いグループで1.11 ± 0.17であり、冷却挙動の違いを示している。
• 補正後の光学後光曲線には有意な相関が認められず、減衰指数は明るいグループで1.17 ± 0.13、やや暗いグループで1.09 ± 0.07であった。これは外部からの吸収効果を示唆している。
• Rバンドにおける吸収補正値は0.05から1.67の範囲にあり、GRB 970508では−0.6の負の補正値を示しており、顕著な減光が生じていることを示している。
• X線と光学の減衰指数比は、大多数の天体で一貫しており、光学放射束の抑制は固有の放射メカニズムの違いではなく、吸収によるものであるという仮説を支持している。
• 観測されたX線の相関は、低密度の周囲媒質により説明されやすく、Kumar（2000）の報告と一致しており、同様のバーストが2–10 keV帯で観測された場合の結果とも整合している。