[論文レビュー] GRBs 070429B and 070714B: The High End of the Short-Duration Gamma-Ray Burst Redshift Distribution

S. B. Cenko, E. Berger+12 more|ArXiv.org|Feb 7, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、GRB 070429BおよびGRB 070714Bの宿主銀河の光学分光法を実施し、両者とも[O II] λ3727線の検出により赤方偏移z ≈ 0.9であることが同定された。この結果、z > 0.7における短時間継続GRBの有意な集団が存在することを確認し、狭い遅延時間分布を持つ従来のモデルに反するものであり、より高い等方的エネルギーと広がった前身星遅延時間の可能性を示唆する。

ABSTRACT

We present optical spectra of the host galaxies of the short-duration gamma-ray burst GRB 070429B and the likely short-duration with extended emission GRB 070714B. In both cases, we find a single emission line that we identify as O II lambda 3727 at z ~ 0.9. Both events are more distant than any previous short-duration GRB with a secure host association from the sub-arcsecond position of an optical afterglow. GRBs 070429B and 070714B provide strong evidence in support of our previous claims in Berger et al. that a significant fraction of short-duration hosts (>~ 33%) reside at z > 0.7. We discuss the implications of the existence this population on the energetics of short-duration GRBs, as well as on progenitor models. In the context of the degenerate binary merger scenario, such events require progenitor systems with a range of lifetimes and disfavor progenitor models with a long, narrow lifetime distribution.

研究の動機と目的

• GRB 070429BおよびGRB 070714Bの短時間継続GRBの宿主銀河の赤方偏移を、光学分光法を用いて特定すること。
• 確実な宿主関連付けと分光的赤方偏移に基づき、高赤方偏移（z > 0.7）における短時間継続GRBの割合を評価すること。
• 高赤方偏移の短時間継続GRBが、短時間継続GRBのエネルギー放出および前身星モデルに与える影響を評価すること。
• 特に、コンパクト二重星合体モデルに関して、前身星遅延時間と星形成率の観点から、観測された宿主銀河の性質がどの程度整合するかを検証すること。

提案手法

• Keck I望遠鏡のLRIS装置を用いて、GRB 070429BおよびGRB 070714Bの宿主銀河の光学分光を取得した。
• スペクトル内での[O II] λ3727線の検出により、両者ともz ≈ 0.9の赤方偏移が同定された。
• 事前に知られている短時間継続GRBのサンプル（確実な宿主関連付けと赤方偏移を有する）と組み合わせ、z > 0.7における割合を推定した。
• 標準的宇宙論補正を適用し、プロンプトフラクチュエーションと赤方偏移を用いて、等方的ガンマ線エネルギー（Eγ,iso）を計算した。
• 宿主銀河の光度と星質量推定値を用いて、特定星形成率（SSFR）を推定した。
• 特に、対数正規分布を示す遅延時間分布を持つモデルを想定し、観測された遅延時間と赤方偏移分布が、コンパクト二重星合体モデルとどの程度整合するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 070429BおよびGRB 070714Bの宿主銀河の赤方偏移は何か？また、これらは高赤方偏移の短時間継続GRBを確認するものか？
• RQ2 短時間継続GRBのうち、z > 0.7に存在する割合はどの程度か？この割合は、推定されるエネルギー放出および前身星遅延時間にどのような影響を与えるか？
• RQ3 これらの高赤方偏移宿主銀河の等方的エネルギー放出および星形成率は、近接した短時間継続GRBの宿主と比較してどう異なるか？
• RQ4 これらの観測結果は、特に遅延時間分布の形状と幅に関して、コンパクト二重星合体モデルにどのような制約を課すか？
• RQ5 GRB 070429BおよびGRB 070714Bの観測された性質は、ニュートリノ・アンチニュートリノ対消滅以外のエネルギー抽出機構を支持するか？

主な発見

• GRB 070429BおよびGRB 070714Bの宿主銀河は、[O II] λ3727線の同定により赤方偏移z ≈ 0.9で確認された。
• GRB 070429Bの等方的プロンプトエネルギー放出はEγ,iso = 1.4 ± 0.2 × 10^50 ergであり、GRB 070714Bは1.2 ± 0.1 × 10^51 ergである。これは、ほとんどの近接した短時間継続GRBよりも顕著に高い。
• z ≈ 0.9という赤方偏移により、両者とも、光学後発輝光位置からの確実な宿主関連付けを持つこれまでで最も遠方の短時間継続GRBである。
• 光学後発輝光と確実な赤方偏移を持つ短時間継続GRBのサンプルには、今やz > 0.7に3件が含まれ、サンプル全体の33％を占め、より暗い宿主もz > 0.7に位置する可能性を考慮すれば、上限は56％まで上昇する可能性がある。
• GRB 070429BのSSFRは、近接した短時間継続GRBの宿主と長時間継続GRBの宿主の中間的であるが、GRB 070714BのSSFRは、長時間継続GRB集団とより一致するが、大きな不確実性を伴う。
• 結果は、特徴的な遅延時間（τ ≈ 4 Gyr）が短く、遅延時間分布が広がったモデル（σ ≈ 1）を、長く狭い分布（τ ≈ 6 Gyr、σ ≈ 0.3）を持つモデルよりも支持する。