[論文レビュー] Low-Luminosity Gamma-Ray Bursts as a Distinct GRB Population:A Monte Carlo Analysis

F. J. Virgili, En‐Wei Liang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、モンテカルロシミュレーションを用いて、低輝度ガンマ爆発（LL-GRBs）が高輝度ガンマ爆発（HL-GRBs）とは別個の集団を形成することを示し、二成分の輝度関数モデルが不可欠であることを明らかにした。LL-GRBsは、約10⁴⁷ erg s⁻¹のブレーク輝度で、約100 Gpc⁻³ yr⁻¹の局所的発生率を示し、急激に低下するLFを持つことが判明した。また、XRF 080109/SN 2008Dの発見は、低輝度への延長されたLFを支持するものである。

ABSTRACT

The intriguing observations of Swift/BAT GRB 060218 and CGRO/BATSE burst 980425, both with much lower luminosity and redshift compared to other observed bursts, lead naturally to the question whether these low-luminosity (LL) bursts constitute a separate population from high-luminosity (HL) bursts. Utilizing Monte Carlo simulations we compare various single-component luminosity function (LF) models (single power law or broken power law) with the two-component luminosity function model proposed by Liang et al. Using various criteria, we demonstrate that the singlecomponent LF models have great difficulty in simultaneously reproducing both the high local LL-GRB rate and the oberved distributions of redshift, luminosity, and log N −logP for HL-GRBs. We argue that the two-component LF model is necessary, and we use the observed BATSE and Swift log N −log P distributions to add constrains to the LL and HL-LF parameters. The LL-LF can be modeled by a smoothed, broken power law with a break at around 10 47 erg s −1, dropping steeply above this luminosity. The local rate of LL-GRBs is ∼ 100 Gpc −3 yr −1 at the break luminosity, much larger than that of HL-GRBs. The recently discovered peculiar X-ray transient XRF 080109/SN 2008D strengthens this conclusion, and requires that the LL-population LF extends further down in luminosity with a probably even higher local rate at lower luminosities.

研究の動機と目的

• 観測データに基づいて、低輝度ガンマ爆発（LL-GRBs）が高輝度ガンマ爆発（HL-GRBs）とは別個の集団を形成するかどうかを特定すること。
• 単一成分の輝度関数（LF）モデルが、HL-GRBsの赤方偏移、輝度、およびlog N–log Pの分布と、LL-GRBsの局所的発生率を同時に再現できるか否かを評価すること。
• Liangたちは提案した二成分のLFモデルのパラメータを、BATSEおよびSwiftのlog N–log P分布を用いて制約すること。
• 特に低輝度領域におけるLL-GRB集団の輝度関数の形状と局所的発生率を調査すること。
• XRF 080109/SN 2008Dの瞬時的天体がLL-GRBの輝度関数の延長に与える影響を評価すること。

提案手法

• さまざまな輝度関数（LF）モデルに基づいて、合成されたガンマ爆発集団をモンテカルロシミュレーションで生成すること。
• Swift/BATおよびCGRO/BATSEの観測データと、赤方偏移、輝度、log N–log Pのシミュレートされた分布を比較すること。
• Liangたちは提案した二成分のLFモデルと比較して、単一成分のLF（単一またはブレーク付きのべき乗則）を検証すること。
• 観測されたBATSEおよびSwiftのlog N–log P分布を制約として、LLおよびHLの輝度関数のパラメータを精緻化すること。
• LL-LFを、約10⁴⁷ erg s⁻¹でブレークする滑らかでブレーク付きのべき乗則としてモデル化すること。この輝度以上で急激に低下する。
• シミュレートされたおよび観測された分布を用いて、ブレーク輝度におけるLL-GRBsの局所的発生率を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LL-GRBsは、その輝度、赤方偏移、およびlog N–log Pの分布に基づいて、HL-GRBsとは別個の集団を形成するか？
• RQ2 単一成分の輝度関数モデルは、観測されたLL-GRBsの局所的発生率とHL-GRBsの分布を同時に再現できるか？
• RQ3 BATSEおよびSwiftのlog N–log P分布は、LLおよびHLの輝度関数のパラメータにどのような制約を課すか？
• RQ4 XRF 080109/SN 2008Dの存在を踏まえて、LL-GRB集団の輝度関数はどの程度低輝度へと延長されるか？
• RQ5 約10⁴⁷ erg s⁻¹のブレーク輝度におけるLL-GRBsの局所的発生率は何か？また、HL-GRBsの発生率と比べてどうか？

主な発見

• 単一成分の輝度関数モデルでは、LL-GRBsの高い局所的発生率と、HL-GRBsの赤方偏移、輝度、log N–log Pの分布を同時に再現できない。
• 二成分の輝度関数モデルが、観測データ全体を説明するために不可欠であり、LL-LFは滑らかでブレーク付きのべき乗則として最も適切に記述できる。
• LL-LFのブレークは約10⁴⁷ erg s⁻¹に位置し、この輝度以上で輝度が急激に低下する。
• ブレーク輝度におけるLL-GRBsの局所的発生率は約100 Gpc⁻³ yr⁻¹と推定され、HL-GRBsの発生率よりも顕著に高い。
• XRF 080109/SN 2008Dの発見は、LL-GRBの輝度関数が低輝度へと延長されていることを支持しており、低輝度領域ではさらに高い局所的発生率である可能性がある。
• 観測されたBATSEおよびSwiftのlog N–log P分布は、LLおよびHLの輝度関数のパラメータに強く制約を課している。