[論文レビュー] Fermi-LAT Observations of Gamma-Ray Bursts

N. Omodei|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、100 MeV以上で検出された8つのガンマ爆発（GRBs）のフェルミ-LAT観測を提示し、高エネルギー放射がしばしばGBMが観測するプロンプト放射とは別個に遅れて発生し、長く続くことを明らかにした。LATは数十秒から数分にわたってGeV放射を検出しており、スペクトルの進化から、低エネルギー放射とは異なる物理的領域から来ている可能性がある明確な高エネルギー成分が存在することが示唆され、従来のGRB放射メカニズムモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

The Large Area Telescope (LAT) on the Fermi Gamma-ray Space Telescope observatory is a pair conversion telescope sensitive to gamma-rays over more than four energy decades, between 20 MeV and more than 300 GeV. Acting in synergy with the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) - the other instrument onboard the mission - the LAT features unprecedented sensitivity for the study of gamma-ray bursts (GRBs) in terms of spectral coverage, effective area, and instrumental dead time. We will review the main results from Fermi-LAT observation of GRB, presenting the main properties of GRBs at GeV energies.

研究の動機と目的

• フェルミ-LAT機器を用いて100 MeV以上のガンマ爆発（GRBs）の高エネルギー放射特性を調査すること。
• GBMが観測したプロンプト放射と関連して、GeV放射の時間的およびスペクトル的特性を調査すること。
• 高エネルギー放射が別個の物理的成分から来ているのか、それともプロンプト放射の延長線にあるのかを特定すること。
• 長引くGeV放射がGRB放射モデル、特に内部衝撃シナリオに与える影響を評価すること。

提案手法

• フェルミガンマ線宇宙望遠鏡搭載の大型領域望遠鏡（LAT）は、20 MeV以上のガンマ線光子を高い感度と低いデッドタイムで検出可能である。
• LATデータは、ガンマ爆発モニタ（GBM）のトリガーおよび光度曲線と照合され、一致する高エネルギー放射を特定する。
• 時間分解スペクトル解析は、GBMおよびLATデータを統合して実施され、スペクトルはバンド関数および累乗則でフィットされる。
• LATの軸方向からの角度が大きい（80°以上）バーストに対しては、標準でないデータ選択が適用され、多重散乱を介して低エネルギー事象の検出が可能になる。
• 自動化された地上ベースの探索アルゴリズムにより、リアルタイムトリガーで捉えきれなかったLAT一時的イベントが同定される。
• 機器が自律的再指向（例：GRB 090323および090328）を実行できることにより、継続的な高エネルギーデータ収集が可能となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRBsにおける高エネルギー放射は、GBMトリガーによるプロンプト放射と比較して遅延しているか？ もしそうなら、これは放射メカニズムにどのような含意を持つのか？
• RQ2 GRBsの高エネルギースペクトルは、標準的なバンド関数から逸脱しており、別個の物理的成分を示唆しているか？
• RQ3 長引くGeV放射は複数のGRBsで一貫して観測可能か？ これは高エネルギー放射プロセスの持続性に何を示唆するのか？
• RQ4 LATが検出した放射のスペクトル的および時間的特性は、GBMが観測した特性と比較してどう異なるか？ 特にGRB 080916CおよびGRB 090510のような明るいバーストにおいては？
• RQ5 アウトフラウの物理的条件（例：内部衝撃）は、GBM信号が消えた後も持続する別個の高エネルギー成分を生成できるか？

主な発見

• LATは運用開始10か月以内に100 MeV以上の8つのGRBsを検出し、既知の高エネルギーGRBsの数を倍増させた。
• GRB 080825Cでは、GBM放射に対して約2.7秒の遅れを示したが、イベント数が少なかったため統計的に有意ではなかった。
• GRB 080916Cでは、GBM信号から20分以上も続く長期間のGeV放射尾を観測し、時間に応じて変化するバンド関数に一致するスペクトルの進化を示した。
• GRB 090510では、明るく短いバーストが観測され、最初の1秒間で100 MeV以上のイベントが50個以上、1 GeV以上のイベントが20個以上を含む、約60秒にわたる高エネルギー尾が観測された。
• GRB 090323およびGRB 090328は、自律的宇宙船再指向により観測され、トリガー後約900秒にわたってGeV放射が検出された。
• GRB 090217およびGRB 090328では、LATがGBMトリガーから数秒後に放射を検出し、最大20秒間持続した。これは別個の高エネルギー成分を示唆するものである。