[論文レビュー] GRBs: when do blackbody spectra look like non-thermal ones?

С. И. Блинников, Alexandra Kozyreva+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ガンマ線バースト（GRBs）における非熱的スペクトルが、時間的・空間的積分によって複数の熱的ブラックボディ成分が重ね合わさることで生じうることを提案している。これは、根本的な放射が熱的であっても成立する。このモデルにより、光学的厚さが高くバリオン負荷の大きいGRBの噴流が許容可能となり、低光学的厚さの必要性が緩和され、エネルギーおよびバリオン含量に関する制約が再定義される。

ABSTRACT

We argue that a nonthermally looking spectrum of a gamma-ray burst (GRB) can be formed as a superposition of a set of thermal blackbody spectra. This superposition may be done by time integration which is present even in `time resolved' GRB spectroscopy. A nonthermal spectrum can be obtained also by the space integration which should take place unless all the emission comes from a plane front moving exactly towards the observer. We propose a model of the gamma-ray burst spectrum formation based on this idea. This model allows the GRB radiation to be optically thick and to have higher values of baryon load. Thus the latter is limited by the energy considerations only, and not by the condition of a small optical depth.

研究の動機と目的

• 観測されたGRBスペクトルが非熱的である理由を、もともと熱的放射メカニズムであるにもかかわらず説明すること。
• 時間的および空間的積分が、複数のブラックボディスペクトルを非熱的に見える連続スペクトルに変換する仕組みを調査すること。
• GRB放射が本質的に熱的であるが、観測的積分効果によって非熱的に見えるというモデルを提唱すること。
• 熱的放射が非熱的行動を模倣できることを示すことにより、光学的厚さが低いことが必要とされるGRB噴流のバリオン負荷制約を緩和すること。

提案手法

• 時間積分されたブラックボディ成分の重ね合わせとしてGRBスペクトルをモデル化し、異なる時間・領域から発生するものとする。
• 有限で拡張した領域からの放射を仮定し、非平面な放射表面における空間的積分の効果を分析する。
• 放射輸送の原則を用いて、バリオン負荷や光学的厚さの変化に伴う光学的厚さとスペクトル形状を評価する。
• 観測された非熱的形状が、非熱的プロセスではなく、複数の熱的成分の畳み込みに起因することを示す。
• 実際のGRB分光観測、特に「時間分解」分析にこのモデルを適用し、積分がスペクトルの外見をどのように歪めるかを示す。
• バリオン負荷および光学的厚さに与える影響を評価し、高バリオン負荷・光学的厚さの噴流が依然として観測スペクトルを生成できることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のブラックボディスペクトルの重ね合わせが、非熱的スペクトルに見えるGRBスペクトルを生じる条件は何か？
• RQ2 「時間分解」分光における時間的積分が、熱的放射の外見スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 非平面な放射表面における空間的積分が、どれほど非熱的スペクトルを模倣できるか？
• RQ4 高バリオン負荷および高光学的厚さのGRB噴流でも、観測された非熱的スペクトルを生成できるか？
• RQ5 非熱的外見が熱的重ね合わせに起因する場合、バリオン負荷および光学的厚さにかかる制約はどの程度緩和されるか？

主な発見

• 非熱的外見のGRBスペクトルは、時間積分された複数の熱的ブラックボディ成分の重ね合わせから生じうる。これは、個々の成分が熱的であっても成立する。
• 有限で非平面な放射領域における空間的積分によって、純粋に熱的放射であっても、非熱的外見のスペクトルが得られる。
• このモデルにより、エネルギー予算の制限を除き、バリオン負荷の高いGRB噴流が許容可能となる。
• 光学的厚さの高いGRB噴流でも、時間的および空間的積分が行われれば、観測スペクトルを生成できる。
• 観測された非熱的形状は、積分の結果生じるアーティファクトであり、非熱的粒子加速の証拠ではない。
• このモデルにより、高バリオン負荷・光学的厚さのGRB噴流が、観測されたスペクトルエネルギー分布と整合的であることが可能になる。