[論文レビュー] Gamma-Ray Burst Associated Supernovae: Outliers Become Mainstream

E. Pian, P. A. Mazzali+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、長期間ガンマ線バースト（GRBs）と核崩壊超新星（SNe）が本質的に関連していることを確立しており、GRB060218とその関連超新星SN2006ajは、やや相対論的であるがSNeの噴出物と、非常に相対論的であるがGRBジェットの二重構造を持つ爆発モデルを明らかにした。低エネルギーでスペクトルがやや柔らかいGRBの発見は、GRB060218のような低エネルギー一時的現象が、最も一般的なGRBのタイプである可能性を裏付けている。

ABSTRACT

During the last eight years a clear connection has been established between the two most powerful explosions in our Universe: core-collapse supernovae (SNe) and long gamma ray bursts (GRBs). Theory suggests that every GRB is simultaneously accompanied by a SN, but in only a few nearby cases have these two phenomena been observed together. We report the discovery and daily monitoring of SN2006aj associated with the GRB060218. Because the event was the second closest GRB, both explosions could be examined in detail. GRB060218 had an unusually soft spectrum, long duration, and a total energy 100 to 1000 times less than most other GRBs. Yet SN2006aj was similar to those in other GRBs, aside from rising more rapidly and being ~40% fainter. Taken together, these observations suggest that GRBs have two components: a broad, energetic, but only mildly relativistic outflow that makes a SN, and a more narrowly focused, highly relativistic jet responsible for the GRB. The properties of the GRB jet apparently vary greatly from event to event, while the broad SN outflow varies much less. Low energy transients like GRB060218 may be the most common events in the Universe.

研究の動機と目的

• 近接してよく観測された事象における長期間ガンマ線バースト（GRBs）と核崩壊超新星（SNe）の関連を調査すること。
• 観測上の困難さにより検出が難しい場合でも、GRBsが普遍的にSNeを伴うかどうかを特定すること。
• 理論的モデルにおけるGRB-SN関連を検証するため、GRB060218とその関連超新星SN2006ajの物理的性質を分析すること。
• GRBジェットの性質の多様性と、それらが広範なGRB集団に与える影響を検討すること。

提案手法

• GRB060218のX線と可視光望遠鏡によるSN2006ajの日常的モニタリングを通じて、光曲線とスペクトルの時間的変化を追跡すること。
• GRB060218のスペクトル解析により、通常は見られないやや柔らかいX線およびガンマ線放射と長期間持続する特徴を特徴づけること。
• 他のGRB関連超新星と比較して、SN2006ajの光曲線と放射度の類似性と相違点を評価すること。
• 広がったやや相対論的であるSNe噴出物と、狭く非常に相対論的であるGRBジェットを区別する爆発ダイナミクスのモデリング。
• エネルギー予算解析を用いて、GRB060218の全放射エネルギーを推定し、通常のGRBsと比較すること。
• 近接した（2番目に近い）イベントの特性を活かして、GRBとSNeの両成分を高頻度・高感度で観測可能であることを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論予測通り、すべての長期間ガンマ線バースト（GRB）が核崩壊超新星を伴うのだろうか？
• RQ2 GRB060218とSN2006ajの物理的性質は、他のGRB-SN事象と比べてどう異なるのか？
• RQ3 GRB060218のやや柔らかいスペクトルと低全エネルギーは、GRBジェットの性質とエネルギー分布にどのような含意を持つのか？
• RQ4 GRBのSNe成分とGRB成分は、さまざまな事象でどの程度変動するのか？ これはGRBの前身星モデルにどのような含意を持つのか？
• RQ5 GRB060218のような低エネルギー・やや柔らかいスペクトルのGRBは、宇宙におけるGRBの主要クラスを占めているのだろうか？

主な発見

• GRB060218は、通常の長期間GRBsと比べて、やや柔らかいX線スペクトル、長期間持続、全エネルギーが100〜1000分の1の非常に低いエネルギーを示した。
• SN2006ajは、他のGRB関連超新星と同様の光曲線とスペクトル的変化を示したが、上昇が速く、ピーク放射度が約40％低い特徴を示した。
• データは、広がったやや相対論的であるSNe噴出物と、狭く非常に相対論的であるGRBジェットの二重構造モデルを支持している。
• GRBジェットの性質は、事象によって顕著に異なるが、SNe噴出物はGRB-SN事象全体で比較的一貫している。
• GRB060218のような低エネルギー・やや柔らかいスペクトルの臨時的現象は、宇宙における最も一般的なGRBタイプである可能性があり、高エネルギー爆発が一般的であるという見方を覆している。
• 近接した事象でSNeとGRBが同時に検出されたことで、詳細な多波長モニタリングが可能となり、GRB-SN共進化の理論的予測が確認された。