[論文レビュー] High-Resolution Spectroscopy of GRB030226: Features of a Massive Star Progenitor or Intervening Absorption Systems?

Min‐Su Shin, E. Berger+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、GRB 030226の高分解能Keck/ESI分光測定を報告し、赤方偏移z=1.043、1.953、1.963、1.987の4つの吸収系を特定した。著者らは、青方偏移したz=1.963の系が、もともと大質量星の周囲風由来であると疑われていたが、実際には低イオン化種および中性水素の高い密度を示す低質量銀河に起因するものであり、風モデルとは整合しないと結論づけている。

ABSTRACT

We present a high-resolution Keck/ESI spectrum of GRB, which exhibits four absorption systems at z=1.04329, 1.95260, 1.96337, and 1.98691. The two highest redshift systems, separated by about 2400 km/s, have been previously suspected as kinematic features arising in the circumstellar wind around the progenitor star. However, the high column densities of low-ionization species (including possibly neutral hydrogen) in the blue-shifted system, are inconsistent with the expected highly ionized state of the circumstellar wind from the massive progenitor star, even prior to the GRB explosion. This conclusion is also supported by the lack of detectable absorption from fine-structure transitions of SiII and FeII. Instead we conclude that the two redshift systems are similar to multiple DLAs found in QSO sight lines with a similar velocity separation and chemical abundance of [Cr/Fe] and [Zn/Fe]. The absorption system at z=1.96337 is likely an intervening low-mass galaxy, possibly related to the GRB host as part of a forming large-scale structure.

研究の動機と目的

• GRB 030226の青方偏移吸収系の起源を特定し、大質量前身星の周囲風と中間的な吸収系を区別すること。
• 吸収系の運動学的およびイオン化状態が、Wolf-Rayet前身星の周囲風モデルと整合するかを評価すること。
• 吸収系内のイオンの化学組成および柱密度を評価し、その物理的起源と環境を推定すること。
• z=1.953およびz=1.963の速度で分離した系が、GRBホスト銀河と物理的に関連しているか、あるいは大規模構造の一部であるかを調査すること。
• QSO視線における既知の多重ダミップ・ライマンアルファ系（DLA）と比較し、運動学的および金属量の類似性を評価すること。

提案手法

• Keck II望遠鏡搭載のEchellette Spectrograph and Imager（ESI）を用いて、GRB 030226の後光に対して2700秒の高分解能分光測定を実施。3900–10500 Åの波長域を11.5 km s⁻¹の速度分解能でカバーした。
• IRAFおよびKelson（2003）の手法を用いて、バイアス補正、フラットフィールド補正、波長補正、スカイ背景減算を含む標準的なデータ還元を実施した。
• CuArおよびHgNeXe標準ランプを用いて波長校正を行い、空気中から真空中への補正および太陽系重心補正を実施した。
• 爆発後27.4時間目に、線の深さおよび波長の時間的変化を調査するために、追加で6000秒のスペクトルを取得した。
• 低イオン化種（例：Si II、Fe II）、高イオン化種（C IV）、および中性水素の可能性を含む吸収ラインのフィッティングにより、4つの吸収赤方偏移を特定した。
• 周囲風モデルと中間的銀河の理論モデルを比較し、特に微細構造遷移の欠如および高い中性水素柱密度に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 030226のz=1.953およびz=1.963の青方偏移吸収系は、大質量Wolf-Rayet前身星の周囲風由来であるか？
• RQ2 高い柱密度の低イオン化種および中性水素の存在は、周囲風環境と整合するか？
• RQ3 z=1.963系の運動学的およびイオン化状態は、中間的銀河と前身星の周囲風のどちらにより一致するか？
• RQ4 z=1.963系における化学組成および柱密度は、QSO視線における既知の多重DLA系とどのように比較できるか？
• RQ5 z=1.963およびz=1.987系の間の速度差約2400 km s⁻¹は、大規模構造内での物理的関連性を示唆するか？

主な発見

• 赤方偏移z=1.04329、1.95260、1.96337、1.98691の4つの明確な吸収系が特定され、後者の2つは約2400 km s⁻¹の速度差を示した。
• z=1.96337系は、低イオン化種（例：Si II、Fe II）および中性水素の高い柱密度を示しており、周囲風環境で予想される高イオン化状態とは整合しない。
• Si IIおよびFe IIに顕著な微細構造遷移が検出されないことは、周囲風由来である可能性を強く排除する。周囲風環境ではこれらの遷移が予想される。
• z=1.96337系は、QSO視線における多重DLA系と同様の化学組成パターンを示し、特に[Cr/Fe]および[Zn/Fe]比において類似性を示した。
• z=1.96337系は、GRBホスト銀河（z=1.98691）と同様に、形成中の大規模構造に属する中間的低質量銀河として最も妥当に解釈できる。
• GRB 021004および050505のみが、周囲風シグネチャの検出が可能な候補とされ、しかし解像度の制限またはイオン化の複雑さにより、データは限定的である。