[論文レビュー] GRB 090417B and its Host Galaxy: A Step Towards an Understanding of Optically-Dark Gamma-Ray Bursts

S. T. Holland, B. Sbarufatti+11 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 79被引用数 4

ひとこと要約

GRB 090417B は、z=0.345 のミルキーウェイに類似した銀河に宿されており、X線データから、爆発から 30–80 pc 離れた高密度で局所的なダストシートが検出された。このダストシートにより A_V ≳ 12 mag の減光が生じ、光学的フラックスの欠落が説明される。暗黒性は、赤方偏移の高さや特異な物理法則ではなく、視線方向のダストによるものである。

ABSTRACT

GRB 090417B was an unusually long burst with a T_90 duration of at least 2130 s and a multi-peaked light curve at energies of 15-150 keV. It was optically dark and has been associated with a bright star-forming galaxy at a redshift of 0.345 that is broadly similar to the Milky Way. This is one of the few cases where a host galaxy has been clearly identified for a dark gamma-ray burst and thus an ideal candidate for studying the origin of dark bursts. We find that the dark nature of GRB 090417B cannot be explained by high redshift, incomplete observations, or unusual physics in the production of the afterglow. Assuming the standard relativistic fireball model for the afterglow we find that the optical flux is at least 2.5 mag fainter than predicted by the X-ray flux. The Swift/XRT X -ray data are consistent with the afterglow being obscured by a dense, localized sheet of dust approximately 30-80 pc from the burst along the line of sight. Our results suggest that this dust sheet imparts an extinction of A_V >~ 12 mag, which is sufficient to explain the missing optical flux. GRB 090417B is an example of a gamma-ray burst that is dark due to the localized dust structure in its host galaxy.

研究の動機と目的

• 光学的暗黒性を示す GRB 090417B の宿主銀河を特定し、その物理的性質を同定すること。
• 爆発の光学的暗黒性の原因を、高赤方偏移、観測の不完全性、および固有の遮蔽のいずれであるかを区別すること。
• X線後光の進化をモデル化し、ダスト減光が光学的フラックスの欠落を説明できるかを検証すること。
• 宿主銀河内に存在する局所的ダスト構造（例：風駆動シェルや分子雲）が、観測された減光を生じうるかを評価すること。

提案手法

• Swift/XRT および UVOT データを用いて、GRB 090417B のX線および光学的後光光度曲線とスペクトル進化を分析した。
• Shao & Dai (2007) のダスト散乱モデルを適用し、約 70 ks 後に観測されたX線スペクトルの軟化を説明した。
• X線スペクトルからダストの密度と減光量 (A_V) を計算し、観測された光学的フラックス欠落と比較した。
• XRT の誤差円と照合し、[O II]、[O III]、Hα の発光ラインからの赤方偏移測定により、宿主銀河を SDSS J135846.65+470104.5 と特定した。
• 光度測定および分光的データを用いて、銀河の星形成率と全体的な減光量 (A_V ≈ 3.5 mag) を評価した。
• ダストシートモデルが、観測されたX線スペクトル進化と、爆発からの距離（30–80 pc）の推定値と整合するかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 090417B の宿主銀河は何か？ その物理的性質は？
• RQ2 明るいX線後光と迅速な Swift 応答にもかかわらず、なぜ GRB 090417B は光学的に暗黒的なのか？
• RQ3 約 70 ks 後に観測されたX線スペクトルの軟化は、局所的なダストシートからのダスト散乱によって説明できるか？
• RQ4 必要な減光量 (A_V) は、X線の吸収係数と光学的フラックス欠落と整合的か？
• RQ5 GRB 090417B の暗黒性は、宿主銀河内の高密度でダストに満ちた領域と偶然の一致によるものだろうか？

主な発見

• GRB 090417B の宿主銀河は、z=0.345 に位置する L* 銀河で、ミルキーウェイと同等の星形成率を示す。
• 宿主銀河の全波長 V バンド減光量は A_V ≈ 3.5 mag であり、通常の GRB 宿主銀河よりも高いが、ミルキーウェイと整合的である。
• X線後光は約 70 ks まで通常の振る舞いを示し、冷却ブレークは 9.1 ～ 29.6 ks の間にある。また、等方的エネルギー E_iso ≳ 6.3×10^51 erg であり、特異な物理法則の兆候はない。
• 約 70 ks 後に、X線スペクトルは著しく軟化し、これは爆発から 30–80 pc 離れたダストシートからの散乱を説明するモデルで最も適切に説明できる。
• モデルは視線方向に A_V ≈ 15–40 mag の減光を予測し、観測された光学的フラックス欠落と測定された H I 吸収係数と整合的である。
• 結果は、GRB 090417B が視線方向に局所的で高密度のダストシートがあるために暗黒的であることを強く支持しており、高赤方偏移や固有の後光抑制によるものではない。