[論文レビュー] Is there anything special about GRB 080319B?

S. Dado, Arnon Dar+1 more|ArXiv.org|Apr 4, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、GRB 080319Bが極めて明るく肉眼でも観測可能であるものの、特異な性質を示すのではなく、キャノンボールモデルによるほぼ軸上からの観測である通常の長周期ガンマ爆発であると主張している。モデルは、超新星の「きらめき」光子の逆コンプトン散乱によってプロンプト放射を説明し、シンクロtron放射によって後光を説明する。標準的なパラメータを用いて、すべての観測されたスペクトル的および時間的性質を再現している。

ABSTRACT

We show that the properties of gamma ray burst 080319B and its afterglow are well reproduced by the cannonball model of long gamma ray bursts (GRBs). It was an ordinary GRB, produced by a jet of highly relativistic plasmoids (CBs), ejected in a core-collapse supernova (SN) and viewed, as some others before, particularly close to the CB-emission axis. It still remains to be seen whether GRB 080319B was associated with an SN akin to SN1998bw, the SN type ordinarily associated with GRBs, or with a much more luminous SN.

研究の動機と目的

• GRB 080319Bの極めて高い全放射度と肉眼で観測可能な明るさが、標準的な長周期GRBとは根本的に異なる物理的メカニズムを示しているかどうかを特定すること。
• キャノンボールモデルが、GRB 080319Bのプロンプト放射および後光の光度曲線とスペクトルを含む、観測された全性質を再現できるかどうかを検証すること。
• 後光および潜在的な超新星の特徴に基づいて、この爆発がSN1998bwに似た標準的な超新星、またはSN2006gyに似たより明るい超新星と関連していたかどうかを評価すること。
• キャノンボールモデルが、GRBにおける $E_{\text{iso}}$, $L_p$, および $E_p$ の既知の相関関係と整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• プロンプト放射の $oldsymbol{\nu}$ ラジオおよびX線放射を、相対論的ビーム効果およびドーピラー因子 $\boldsymbol{\tilde{\nu}}_0 = 2\boldsymbol{\tilde{\nu}}_0 / (1 + \boldsymbol{\tilde{\nu}}_0^2 \theta^2)$ を用いた、キャノンボール（CB）内の相対論的電子による『きらめき』（初期超新星光）光子の逆コンプトン散乱（ICS）としてモデル化する。
• パワー法則テールと指数的カットオフを持つICSスペクトルモデルを適用し、Konus-Windによるバンド関数フィットと一致する観測スペクトル指数 $oldsymbol{\tilde{\nu}} = 1.01 \pm 0.02$ を15–350 keV帯で再現する。
• 後光にはシンクロtron放射（SR）モデルを適用し、放射度 $F_{\nu} \propto n^{(1+\beta)/2} R^2 \gamma^{3\beta-1} \delta^{3+\beta} \nu^{-\beta}$ を用いる。ここで $\beta$ はスペクトル指数、$\delta$ はドーピラー因子である。
• 光度曲線をパルス形状関数 $F_{\bar{\nu}}(t) \propto \left[ e^{-(T/(t-t_0))^{1+\beta}} \right] \left[ 1 - e^{-(T/(t-t_0))^{1+\beta}} \right]$ でフィットし、個々のパルスの上昇と減衰を捉える。
• ピークエネルギー関係 $E_p \approx 0.23 \gamma_0 \delta_0 \epsilon_\gamma / (1+z)$ および $\epsilon_\gamma \sim 2$ eV を用いて、CBのバルクローレンツ因子 $\gamma_0 \approx 1250$ を推定する。
• CBが自身の静止質量と等しい質量を巻き込む時間 $t_b \sim 70$ s を評価し、これは後光においてICSからSRへの支配的転移を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 080319Bの極めて明るさは、特異な物理的条件の結果であるのか、それともキャノンボールモデルにおけるほぼ軸上からの観測によるものなのか？
• RQ2 キャノンボールモデルは、GRB 080319Bで観測された $[(1+z)E_p, E_{\text{iso}}]$ および $[(1+z)E_p, (1+z)^2 L_p]$ の相関関係を再現できるか？
• RQ3 GRB 080319Bの光学的後光の光度曲線およびスペクトルの進化は、キャノンボールモデルのシンクロtron放射フレームワークの予測と一致するか？
• RQ4 $t \sim 5000$ s におけるスペクトルの軟化は、密度増加によって「曲がり周波数」が光学バンドを後退して通過することと整合しているか？
• RQ5 GRB 080319Bは、SN1998bwよりも明るい超新星（例：SN2006gy）によって引き起こされた可能性があり、その場合検出可能性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• キャノンボールモデルは、赤方偏移 $z = 0.937$ および距離約6 Gpcを考慮した場合、観測された $E_{\text{iso}} \approx 1.32 \times 10^{54}$ erg および $L_p \approx 9.67 \times 10^{52}$ erg s$^{-1}$ を正確に再現しており、整合的である。
• 15–350 keV帯における観測スペクトル指数 $oldsymbol{\tilde{\nu}} = 1.01 \pm 0.02$ は、$E_p \approx 1260$ keV におけるカットオフを持つキャノンボールモデルの予測されるICSスペクトルと一致している。
• 光学的後光の時間的減衰指数 $oldsymbol{\tilde{\nu}}_{\text{opt}} = 1.40 \pm 0.04$ は、後期スペクトル指数 $eta_{\text{opt}} \approx 0.90$ を示しており、これは「曲がり周波数」が光学バンドを通過した後のモデル予測 $eta_{\text{opt}} \approx \beta_X$ と整合している。
• 5000 s 付近での観測スペクトルの軟化（$eta_X = 0.70 \pm 0.05$）は、密度増加によって「曲がり周波数」が後退して通過するための予測値 $eta_{\text{opt}} \approx \beta_X - 0.5 = 0.2 \pm 0.05$ と整合している。
• キャノンボールモデルは、SN1998bwに似た超新星が2008年7月下旬にJバンドで約4.4 $\mu$Jyのピーク放射度を持つと予測しており、後光の減光と同等のレベルであり、色の変化によって検出可能である可能性がある。
• モデルは、GRB 080319Bの性質が特異ではないことを示している。同様の $E_{\text{iso}}$, $L_p$, $E_p$ 値はGRB 990123, 050717, および 061007でも観測されており、これは通常のGRBがほぼ軸上から観測されたものであると示している。