[論文レビュー] GRB as explosions with standard power

К. А. Постнов, М. Е. Прохоров+1 more|CERN Bulletin|Aug 12, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 14被引用数 35

ひとこと要約

本稿では、ガンマ線バースト（GRBs）が標準的なエネルギー $5 \times 10^{51}$ エルグを放出すると提案しており、観測されたガンマ線エネルギーの分散は相対論的ビーミングおよび視線角効果によって説明される。仮説は、可変なビーミング角またはコラム状のエネルギー放出を持つ普遍的な放射図を用いてデータを説明しており、両者とも観測された赤方偏移および輝度の傾向と整合的である。

ABSTRACT

We show that the distribution of observed energies of GRB with known redshifts can be explained by the hypothesis of the standard energy release E_0=5 10^51 ergs. Two situations are possible, either the beaming angle differs from burst to burst, or there is a universal emssion diagram in each burst, the observed difference being due to different viewing angles.

研究の動機と目的

• 標準的なエネルギー放出の背後にある可能性があるにもかかわらず、観測されたGRBガンマ線エネルギーの広範な変動を説明すること。
• 観測されたGRBエネルギーの分散がビーミング効果に起因するのか、それとも固有のエネルギー変動に起因するのかを検証すること。
• コラム状のエネルギー放出を持つ普遍的な放射図が、観測されたGRB輝度分布を再現できるかどうかを特定すること。
• 標準的エネルギー仮説が、既存の赤方偏移および後光データと整合的であるかどうかを評価すること。
• 将来のGRB統計を用いて、ビーミングと可変エネルギー放出モデルを区別するための枠組みを提供すること。

提案手法

• すべてのGRBsに対して標準的エネルギー放出 $E_0 = 5 \times 10^{51}$ エルグを仮定し、観測された赤方偏移を用いて真の距離と $E_\gamma$ を計算する。
• ビーミングを仮定して、観測された $E_\gamma$ を $E_\gamma = E_0 \cdot \Omega_i / (4\pi)$ としてモデル化する。ここで $\Omega_i$ は放射の立体角である。
• $\log N$–$\log S$ 分布と観測されたGRBグループ化を用いて、正規化および輝度スケーリングを通じてビーミング角分布を推定する。
• 3つの放射成分（等方的（74%）、$20^\circ$ コーン（21%）、$3^\circ$ コーン（5%））を持つ普遍的な放射図を構築する。各成分は異なるエネルギー割合を持つ。
• 観測された $E_\gamma$、ビーミング角、エネルギー割合、イベント数を結ぶ方程式系を解き、一貫性のある $\theta_i$ および $\epsilon_i$ 値を導出する。
• 2つのモデルを比較する：(1) バースト間での可変なビーミング角、(2) 変動する視線角を持つ固定された普遍的な放射図。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたGRBガンマ線エネルギーの分布は、$5 \times 10^{51}$ エルグの単一の標準的エネルギー放出によって説明可能か？
• RQ2 ビーミング効果および視線角は、GRBsにおける観測された輝度分散のどの程度を説明するか？
• RQ3 GRBsに普遍的な放射パターンの証拠があるか？ それは観測されたエネルギーのグループ化を説明できるか？
• RQ4 ビーミング仮説に従うと、GRBの平均赤方偏移は観測された $E_\gamma$ に伴い増加するのだろうか？
• RQ5 将来のGRB統計は、輝度変動の主因としての可変エネルギー放出とビーミングを区別できるか？

主な発見

• 赤方偏移が既知のGRBの観測エネルギーは、$E_0 = 5 \times 10^{51}$ エルグの標準的エネルギー放出と整合的である。
• GRBの3つの観測グループ（弱い、中程度、明るい）は、それぞれ $\sim 90^\circ$、$15^\circ$、$3^\circ$ のビーミング角によって、標準的エネルギー仮説のもとで説明可能である。
• GRB 990123 については、$\theta \sim 0.1$ ラジアン（10°）の推定ビーミング角が、真のエネルギー放出 $E_0 \sim 4 \times 10^{51}$ エルグを示しており、標準値に近く一致する。
• 普遍的な放射図モデルでは、合計エネルギー放出が $6 \times 10^{51}$ エルグとなり、74%が等方的、21%が $20^\circ$ コーン、5%が $3^\circ$ コーンに分配される。
• モデルは、観測された $E_\gamma$ が大きいほど平均赤方偏移が増加すると予測しており、観測と整合的である。これはビーミング仮説を支持する。
• $E_\gamma < 10^{51}$ エルグのGRBは観測されておらず、ビーミング角に顕著な不整合も見つかっていない。これらは標準的エネルギー仮説を支持する。