[論文レビュー] Is the GW150914-GBM really associated with the GW150914?

S. L. Xiong|arXiv (Cornell University)|May 18, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 5被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、Fermi/GBMのデータを再分析し、GW150914-GBMのガンマ線過剰がLIGOのGW150914重力波イベントと本当に関連しているかどうかを検証する。検出器の視野角に基づく分析により、過剰は感度が低い不適切な視野を持つ検出器に支配されており、良好な視野を持つ検出器では背景を超える顕著な信号は観測されない。この結果、GW150914-GBMはGW150914と非常に物理的に関連していないと考えられ、GBMによる電磁的対応物の検出はなかったと結論づける。

ABSTRACT

Finding the electromagnetic (EM) counterpart is critically important for a gravitational wave event. Although many efforts have been made to search for the purported EM counterpart of GW150914, the first gravitational wave event detected by LIGO, only Fermi/GBM reported an excess above background (i.e. GW150914-GBM) at 0.4 s after the LIGO trigger time, that is possibly associated with this GW event (Connaughton et al. 2016). However, since there is no significant detection by the INTEGRAL/SPI-ACS around the time of GW150914-GBM, a great debate has been raised about whether GW150914-GBM is of astrophysical origin and associated with the GW150914 (Savchenko et al. 2016). In order to answer this question, we re-analyzed the GBM data with a straightforward but sophisticated method. We find that the excess of GW150914-GBM mostly comes from those detectors with bad viewing angles to the GW event, whereas the good viewing detectors see nothing significant beyond background fluctuation around the trigger time of GW150914. This finding suggests that GW150914-GBM is very unlikely associated with the GW150914. Given that GW150914-GBM is the only event found by GBM that is possibly associated with this GW event in a comprehensive search, we conclude that GBM did not detect any electromagnetic radiation from the GW150914.

研究の動機と目的

• GW150914-GBMのガンマ線過剰がLIGOのGW150914重力波イベントと物理的に関連しているかどうかの議論を解消すること。
• GBMの機器アレイ全体における信号分布と検出器固有の応答を検証することで、GW150914-GBM検出の妥当性を検証すること。
• 観測された過剰が、短いガンマ線バーストのような局所的天体物理学的瞬発源からの予想される放射パターンと整合するかどうかを特定すること。
• INTEGRAL/SPI-ACSなどの他の機器による非検出と矛盾する報告がある中で、GBMがGW150914の電磁的対応物を検出できたかどうかを評価すること。

提案手法

• Fermi/GBMの光曲線を検出器固有の手法で再分析し、LIGOの局在領域への応答角度に基づいて「良好な視野」「不良な視野」の検出器にデータを分離した。
• GW150914と類似した入射角を持つ3つの共同検出GRB（GRB140716A、GRB140817A、GRB150607A）の信号分布と、GW150914-GBMの信号分布を比較した。
• 良好な視野と不良な視野の検出器が検出した光子数の比を計算し、予想される放射パターンとの整合性を評価した。
• 背景フィッティング技術を用いて過剰信号を分離し、特にトリガー後0.4秒のウィンドウでの有意性を評価した。
• 誤報率と背景の揺らぎの可能性を評価し、Connaughtonら（2016）およびSavchenkoら（2016）の結果と比較した。
• 公開済みのFermi/GBMデータとソフトウェアを活用し、重み付き光曲線解析よりも幾何的整合性を優先する手法を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GW150914-GBMの過剰は、短いガンマ線バーストのような局所的天体物理学的瞬発源と整合するか？
• RQ2 GBM検出器間の信号分布は、LIGOの局在領域に位置する源の期待されるパターンと一致するか？
• RQ3 GW150914の方向に対して高い感度を持つ良好な視野の検出器（NaI 2, NaI 4, NaI 5, BGO 0）は、背景の揺らぎを超える顕著な過剰を示しているか？
• RQ4 観測された信号が、局所的粒子イベントや機器の背景揺らぎによるものであり、天体物理学的放射によるものではない可能性はないか？
• RQ5 INTEGRAL/SPI-ACSによる検出不能が、GW150914-GBMがGW150914と関連していないという結論を支持するか？

主な発見

• GW150914-GBMの過剰は、主にLIGOの局在領域への視野角が悪い（60°以上）検出器で観測されており、感度が低い領域に集中している。
• GW150914の方向に対して最も感度が高いとされる良好な視野の検出器（NaI 2, NaI 4, NaI 5, BGO 0）では、背景の揺らぎを超える顕著な過剰は観測されなかった。
• GW150914-GBMの検出器間信号分布は、類似した入射角を持つ既知のGRBのものと整合せず、良好な視野の検出器で強く一貫した信号を示すことが期待されるが、それとは一致しない。
• GW150914-GBMの良好な視野と不良な視野の検出器の光子数比は、局所化が良好なGRBで予想される値（幾何的配置によるが1.4～11.2の範囲）と整合しない。
• GW150914-GBMはGBMが検出できた唯一の電磁的対応物候補であったが、今や物理的関連性が極めて低いとされるため、本研究はFermi/GBMがGW150914の電磁的対応物を検出しなかったと結論づける。
• この結果は、二重ブラックホール合体を伴うGW150914イベントが検出可能な電磁放射を生成しなかったという仮説を支持しており、理論的予測と整合する。