[論文レビュー] GRB 050904 : A very high redshift gamma ray burst

P. A. Price, L. L. Cowie+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、MAGNUM 2m望遠鏡を用いてGRB 050904の多色光度測定を実施し、IバンドとJバンドの間でスペクトル的ブレークを特定した。このブレークは、95%信頼水準でz ≥ 6.18の高い赤方偏移を示唆しており、後に得られたスペクトロスコピック赤方偏移z = 6.29と整合的である。研究結果は、この爆発が初期宇宙で発生したことを支持し、高赤方偏移における星形成歴の制約をもたらす。

ABSTRACT

We report near simultaneous multi-color (RIYJHK) observations made with the MAGNUM 2m telescope of the gamma ray burst GRB 050904 detected by the SWIFT satellite. The spectral energy distribution shows a very large break between the I and J bands. Using intergalactic transmissions measured from high redshift quasars we show that the observations place a 95% confidence lower limit of z=6.18 on the object consistent with a later measured spectroscopic redshift of 6.29 obtained by Kawai et al. (2005) with the Subaru telescope. We show that the break strength in the R and I bands is consistent with that measured in the quasars. Finally we consider the implications for the star formation history at high redshift.

研究の動機と目的

• 多色光度測定および銀河間透過関数モデルを用いて、GRB 050904の赤方偏移を特定すること。
• 爆発のスペクトルエネルギー分布を評価し、光学・近赤外バンドで赤方偏移を決定づけるブレークを同定すること。
• 観測されたブレーク強度を高赤方偏移クェーサーで観測されたものと比較し、赤方偏移推定値の妥当性を検証すること。
• 爆発の高赤方偏移が、宇宙の夜明けにおける星形成歴に与える影響を評価すること。

提案手法

• MAGNUM 2m望遠鏡を用いて、R、I、Y、J、H、Kバンドでほぼ同時の多色光度測定を実施した。
• 観測された光度測定データからスペクトルエネルギー分布（SED）を構築した。
• 高赤方偏移クェーサーから導かれた銀河間透過関数モデルを適用し、SEDを解釈して赤方偏移を推定した。
• 統計的信頼区間を用いて、IバンドとJバンドの間の観測ブレークに基づき、赤方偏移の下限値を確立した。
• RバンドおよびIバンドにおける観測ブレーク強度をクェーサーで測定されたものと比較し、赤方偏移推定値の妥当性を検証した。
• 爆発の全放射能および赤方偏移に基づき、高赤方偏移における星形成歴に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペクトルエネルギー分布および銀河間吸収特徴に基づいて、GRB 050904の赤方偏移は何か？
• RQ2 IバンドとJバンドの間の観測ブレークは、高赤方偏移クェーサーで観測されたものとどのように異なるか？
• RQ3 観測された光度測定ブレークは、高赤方偏移における銀河間吸収によって説明可能か？
• RQ4 爆発の赤方偏移は、初期宇宙における星形成歴にどのような制約をもたらすか？
• RQ5 観測されたブレーク強度は、類似した赤方偏移における既知のクェーサー吸収特徴と整合的か？

主な発見

• GRB 050904のスペクトルエネルギー分布には、IバンドとJバンドの間で顕著なブレークが観測され、顕著な吸収を示唆している。
• 高赤方偏移クェーサーからの銀河間透過関数モデルを用いて、95%信頼水準でGRB 050904の赤方偏移の下限値がz = 6.18であると特定した。
• RバンドおよびIバンドにおける測定ブレーク強度は、高赤方偏移クェーサーで観測されたものと一致しており、高赤方偏移解釈の妥当性を支持している。
• Kawaiら（2005年）がSubaru望遠鏡を用いて得た後続のスペクトロスコピック赤方偏移z = 6.29と、光度測定による赤方偏移推定値は整合的である。
• GRB 050904の高赤方偏移は、この爆発が初期宇宙で発生したことを示しており、z > 6における星形成に関する知見を提供する。
• この研究結果は、z ≈ 6.3における明るい爆発の検出が示唆するように、高赤方偏移における星形成率密度が有意であった可能性を示唆している。