[論文レビュー] Fermi and Swift observations of the bright short GRB 090510

V. Pelassa, M. Ohno|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、スイフトおよびフェルミが検出した明るい短時間ガンマ爆発GRB 090510について、初めての多波長解析を実施し、100 MeVを超える高エネルギー分光成分と30.5 GeVの光子を明らかにした。これは短時間ガンマ爆発において、最も高い下限値（Γ₀,min ≈ 1324）を有するバルクローレンツ因子を確立し、線形ローレンツ不変性破れ（LIV）に対する最も厳しい制約（M_QG,1 > M_Planck）を提示した。一方、後発放射は9つのエネルギーデケードにわたり、フォワードショックモデルによって良好に記述された。

ABSTRACT

The bright short-hard GRB 090510 was observed by both Swift and Fermi telescopes. The study of the prompt emission by Fermi revealed an additional high-energy spectral component, the largest lower limit ever on the bulk Lorentz factor in a short GRB jet, and brought the most stringent constraint ever on linear Lorentz invariance violation models. The fast repoint and follow-up by both telescopes allowed the first multiwavelength study of a GRB afterglow from optical range to several GeV. This long-lived emission has been studied in the framework of the internal shock and external shock models.

研究の動機と目的

• フェルミGBMおよびLATデータを用いて、GRB 090510の即時のγ線放射を分析し、高エネルギー分光成分を特定すること。
• γγ対生成透過率と高エネルギー光子観測を用いて、ジェットの初期バルクローレンツ因子（Γ₀）の制限を求める。
• 低エネルギー光子に対する高エネルギー光子の到着時刻の相対関係を用いて、線形ローレンツ不変性破れ（LIV）モデルを検証すること。
• スイフトおよびフェルミの追従観測を用いて、光学からGeVエネルギーにまで及ぶ多波長の後発放射を研究すること。
• 後発放射が内部衝撃、外部衝撃、または両者の組み合わせによって生じるかどうかを特定すること。

提案手法

• RMfitを用いて、フェルミGBMおよびLATデータの時間積分および時間分解スペクトルフィッティングを実施し、スペクトルをバンド関数に加えて累乗則成分をモデル化した。
• 光子エネルギー、赤方偏移、変動時間スケールを関数とするγγ対生成透過率τγγ(E)を計算し、Γ₀の下限値を導出する。
• 31 GeV光子の到着時刻を低エネルギーパルスと比較し、エネルギー依存性時間遅れを用いて線形LIVモデルを制限した。
• トリガー後100秒、150秒、700秒、1000秒、1400秒の各時点におけるUVOT、XRT、LATデータから多エポックのスペクトルエネルギー分布（SED）を構築した。
• フォワードショック放射を仮定し、二重に折り返された累乗則モデルでSEDをフィットした。β₁ = -1/3およびβ₃ = β₂ + 1/2を仮定した。
• LATデータに対してアンビンド尤度解析を実施し、放射率の信頼区間を決定し、スペクトル指数を制限した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 090510の即時の放射は、標準的なバンド関数を超える有意義な高エネルギー分光成分を示しているか？
• RQ2 γγ対生成透過率と高エネルギー光子の検出を用いて、ジェットの最小バルクローレンツ因子（Γ₀,min）は何か？
• RQ3 31 GeV光子の到着時刻を用いて、線形LIVモデルにどのような制約を課すことができるか？
• RQ4 光学からGeVエネルギーにまで及ぶ長期間にわたる後発放射は、内部衝撃、外部衝撃、または両者の組み合わせによって説明可能か？
• RQ5 観測された後発放射スペクトルは、9つのエネルギーデケードにわたりフォワードショック起源と整合的か？

主な発見

• 時間積分スペクトルでは、β_PL = 0.62 ± 0.03の有意義な高エネルギー累乗則成分が確認され、全体のγ線フルエンスの37％を占め、5.6σの有意性を示した。
• 初期バルクローレンツ因子（Γ₀,min）の最高下限値は1324 ± 50であり、0.9–1.0秒の時間チャンクでバンド＋累乗則スペクトルモデルを用いて導出された。
• 31 GeV光子は線形LIVモデルと整合する時間遅れで到着し、線形エネルギー依存性を仮定した場合、M_QG,1 > M_Planckを要請し、これまでで最も厳しい制約を提示した。
• 短時間ガンマ爆発で観測された最高エネルギー光子は30.5 GeVであり、トリガー後1秒以内に検出された。
• 後発放射はβ₂ = 0.78 ± 0.04を示すフォワードショックモデルで良好に記述され、9つのエネルギーデケードにわたるSEDは二重に折り返された累乗則形状と整合的であった。
• 高エネルギー折り返し点（10–130 MeV）は poorly constrainedであったが、100秒のSEDフィットではNσ > 4.8を達成し、β₂およびβ₃の緩い制約のもとでスペクトルモデルの妥当性が確認された。