[論文レビュー] Gamma-Ray Bursts Above 1 GeV

Matthew G. Baring|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 1997

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、1 GeVを超える高エネルギーのガンマ線放射について、ガンマ線バースト（GRB）からの放射をレビューしている。EGRETが観測した高エネルギー光子、特にGRB940217からの18 GeV光子を分析し、バースト全体に広がるGeV-TeV放射が一般的である可能性を示唆している。理論的モデルの検討を通じて、IGE-TeV帯域が、星間物質の影響と固有のバーストスペクトルを区別する可能性を有することを強調し、地上のチェレンコフ望遠鏡による今後の検出作業を支援する。

ABSTRACT

One of the principal results obtained by the Compton Gamma Ray Observatory relating to the study of gamma-ray bursts was the detection by the EGRET instrument of energetic ($>$100 MeV) photons from a handful of bright bursts. The most extreme of these was the single 18 GeV photon from the GRB940217 source. Given EGRET's sensitivity and limited field of view, the detection rate implies that such high energy emission may be ubiquitous in bursts. Hence expectations that bursts emit out to at least TeV energies are quite realistic, and the associated target-of-opportunity activity of the TeV gamma-ray community is well-founded. This review summarizes the observations and a handful of theoretical models for generating GeV--TeV emission in bursts sources, outlining possible ways that future positive detections could discriminate between different scenarios. The power of observations in the GeV--TeV range to distinguish between spectral structure intrinsic to bursts and that due to the intervening medium between source and observer is also discussed.

研究の動機と目的

• EGRET観測に基づき、ガンマ線バーストにおける高エネルギー（GeV-TeV）放射が発生する可能性を評価すること。
• GRB源におけるGeV-TeV光子の生成を説明する理論的モデルを評価すること。
• GeV-TeV観測が、星間物質内での吸収効果によって変化したスペクトル特徴と固有のスペクトル特徴を分離する方法を検討すること。
• 広範な高エネルギー放射の妥当性に基づき、今後のTeVガンマ線望遠鏡による標的観測を促進すること。
• 競合する放射モデルの文脈で、今後の陽性検出を解釈するためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• 特にGRB940217の18 GeV光子に注目し、明るいガンマ線バーストからのEGRETデータの分析。
• 同期放射および逆コンプトン過程を含む、GRB噴流内での粒子加速と放射メカニズムに関する理論的モデルのレビュー。
• エネルギー依存性のある光学厚さの計算を用いて、対生成や星間物質内での吸収といった光子伝播効果の評価。
• 異なる放射モデルの予測と観測された高エネルギースペクトルを比較し、特徴的な識別可能な点を同定。
• EGRETの限られた視野と感度を用いて、GRB集団全体における高エネルギー放射の統計的確率を推定。
• スペクトルモデリングを用いて、中間物質に由来する影響を受けるスペクトル特徴と固有のGRB放射特徴を区別。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EGRETの既存の観測に基づき、ガンマ線バーストがGeV-TeVエネルギー帯で検出可能な放射を発生させる可能性はどの程度か？
• RQ2 今後のGeV-TeV観測は、星間吸収によって変化したスペクトル特徴と固有のスペクトル特徴をどのように区別するのを支援するか？
• RQ3 18 GeV光子（GRB940217由来）のような高エネルギー光子の生成を最もよく説明する理論的モデルは何か？
• RQ4 GRBにおける異なる放射メカニズムを区別するための、GeV-TeV帯域における観測的特徴は何か？
• RQ5 EGRETのような機器の感度と視野が、高エネルギーGRB放射の検出率と解釈にどのように影響するか？

主な発見

• EGRETは、GRB940217から100 MeVを超える光子を少なくとも1個検出しており、18 GeVの光子が観測された。これは、バーストにおける高エネルギー放射が異常ではない可能性を示唆している。
• EGRETによる高エネルギー光子の低検出率は、このような放射がGRB集団全体に広く存在する可能性を示しており、広範なGeV-TeV放射の予想を支持している。
• GeV-TeVエネルギー範囲は、星間物質による吸収によって覆い隠される可能性のあるスペクトル特徴を調べる独自の機会を提供し、固有のスペクトル歪みと外部要因由来の歪みを区別可能にする。
• 逆コンプトン散乱および同期放射を含む理論的モデルは、観測された高エネルギー放射を生成する有効なメカニズムである。
• 今後のアトモスフィア・チェレンコフ望遠鏡による観測は、正当化されており、GRBにおける高エネルギー放射の複数のモデルを検証・区別できる。
• GeV-TeV帯域における高エネルギー光子の検出は、星間物質内での光子吸収によって生じるスペクトルモデリングの曖昧さを解消する可能性がある。