[論文レビュー] Gamma-Ray Burst - Supernova Relation

B. Paczyński|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、長期間にわたるガンマ線バースト（GRBs）とコアコラプス超新星の間の物理的接続を提案し、GRBsがおそらくビーム化された超相対論的噴出物によって生じるとする。GRB 970508の分析は、ガンマ線エネルギー放出が全爆発エネルギーに近いことを示しており、これは内部衝撃モデルに挑戦するものであり、GRBsが通常の超新星よりもはるかにエネルギーが低いことを示唆し、高エネルギー超新星残骸の原因となることはほとんどありえない。

ABSTRACT

There is growing evidence that long and hard gamma-ray bursts (GRBs), discovered at redshifts between 0.4 and 3.4, are related to some type of supernova (SN) explosions. The GRB ejecta are ultra-relativistic, and possibly beamed. There is a possibility that some SN ejecta are also beamed and/or relativistic. Prospects for farther advances guided by expected and unexpected observational developments are very good. The prospects for developing a sound and quantitative GRB theory any time soon are rather modest, if histories of quasars, radio pulsars and supernovae are used for reference. However, the current progress in the understanding of GRB afterglows (which are relativistic) and remnants (which are non-relativistic) is likely to continue, as these appear to be simpler than the GRBs. According to the current analysis of GRB 970508 the energy of gamma rays released by this event was about the same as the total energy of explosion. If correct, this result is difficult to reconcile with the internal shock models. It also implies that the global energy generation rate by GRBs is four orders of magnitude lower than the rate due to ordinary supernovae, which makes it very unlikely that the highly energetic supernova remnants were created by GRBs.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるハードなガンマ線バースト（GRBs）とコアコラプス超新星の間の物理的リンクを調査すること。
• 通常の超新星と比較してGRBsのエネルギー予算を評価し、GRBsが高エネルギー超新星残骸を駆動できるかどうかを特定すること。
• 観測データを用いて内部衝撃モデルがGRBsのエネルギー特性を説明できるかの妥当性を評価すること。
• GRBの後光および残骸を理解するための今後の理論的・観測的進展の可能性を検討すること。
• GRBの噴出物が相対論的で、かつビーム化されている可能性があるかどうか、超新星の噴出物と同様であるかどうかを特定すること。

提案手法

• GRBsの後光および残骸段階を分析し、相対論的および非相対論的力学に焦点を当てる。
• GRB 970508のデータを用いてガンマ線で放出された全エネルギーを推定する。
• ガンマ線エネルギー出力を全爆発エネルギーと比較し、内部衝撃モデルの妥当性を検証する。
• 準星、パulsar、超新星からのスケーリング則を応用し、定量的なGRB理論の可能性を評価する。
• ビーム化または相対論的超新星噴出物がGRB生成のメカニズムとして可能かどうかを評価する。
• 赤方偏移（0.4–3.4）およびエネルギー測定からの観測的制約を用いて、GRBのエネルギー特性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長期間にわたるガンマ線バーストと超新星爆発の間に物理的接続があるか？
• RQ2 全爆発エネルギーのうち、どの程度がガンマ線として放出され、これは内部衝撃モデルの予測とどのように比較されるか？
• RQ3 GRB 970508の観測されたガンマ線エネルギー出力は、内部衝撃モデルと整合するか？
• RQ4 GRBsの全エネルギー生成レートは、通常の超新星と比べてどの程度か？
• RQ5 GRBの噴出物は相対論的で、かつビーム化されている可能性があり、それが高エネルギー出力の説明になるのか？

主な発見

• GRB 970508で放出されたガンマ線エネルギーは、全爆発エネルギーとほぼ等しいことが示唆され、エネルギーのほぼ全量がガンマ線に変換された可能性を示している。
• この結果は、通常はエネルギーの一部しかガンマ線として放射されないと予測する内部衝撃モデルの予測と矛盾しており、これはGRBsが通常の超新星よりもはるかにエネルギーが低いことを示唆している。
• GRBsの全エネルギー生成レートは、通常の超新星の約10000分の1（4桁低い）と推定されている。
• この低いエネルギー生成レートは、GRBsが高エネルギー超新星残骸を生成する原因である可能性が極めて低いことを示している。
• GRBの後光（相対論的）および残骸（非相対論的）は、プロンプトGRB放射よりも単純な系とみなされ、今後の理論的進展の可能性がより高いとされる。
• 一部の超新星噴出物が相対論的またはビーム化されている可能性は依然として開かれており、これによりGRBメカニズムと関連づける可能性がある。