[論文レビュー] Mildly relativistic X-ray transient 080109 and SN2008D: Towards a continuum from energetic GRB/XRF to ordinary Ibc SN

D. Xu, Yuan-Chuan Zou+1 more|ArXiv.org|Jan 28, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、X線準定常源080109/SN 2008Dが、エネルギー効率の高いガンマ線バースト（GRBs）/X線フラッシュ（XRFs）と通常のIbc超新星の間の遷移的段階を示していると提案する。これは、ローレンツ因子Γ ~ 数のやや相対論的で、運動エネルギーが約10⁴⁶ ergの流れによって駆動される。初期X線放射は、密度の高い風中で停止する逆シャワーに起因し、後期のX線フラットニングは、減速していない超新星残骸に起因する。これは、相対論的GRBsから非相対論的Ibc SNeに至るまでの連続的イベントの連続体を示唆する。

ABSTRACT

We analyze the hitherto available space-based X-ray data as well as ground-based optical data of the X-ray transient 080109/SN2008D. From the data we suggest that (i) The initial transient (\lesssim 800 sec) is attributed to the reverse shock emission of a mildly relativistic (Γ\sim a few) outflow stalled by the dense stellar wind. (ii) The subsequent X-ray afterglow (\lesssim 2 imes 10^4 sec) can be ascribed to the forward shock emission of the outflow, with a kinetic energy \sim 10^{46} erg, when sweeping up the stellar wind medium. (iii) The late X-ray flattening (\gtrsim 2 imes 10^4$ sec) is powered by the fastest non-decelerated component of SN2008D's ejecta. (iv) The local event rate of X-ray transient has a lower limit of \sim 1.6 imes 10^4 yr^{-1} Gpc^{-3}, indicating a vast majority of X-ray transients have a wide opening angle of \gtrsim 100 degree. The off-axis viewing model is less likely. (v) Transient 080109/SN2008D may lead to a continuum from GRB-SN to under-luminous GRB-/XRF-SN to X-ray transient-SN and to ordinary Ibc SN (if not every Ibc SN has a relativistic jet), as shown in Figure 2 of this Letter.

研究の動機と目的

• X線準定常源080109/SN 2008Dの性質と、エネルギー効率の高いGRBs/XRFsから通常のIbc超新星への進化的系列における位置を理解すること。
• 準定常源のX線放射の物理的起源と超新星爆発との関連を特定すること。
• 流れのエネルギー、ローレンツ因子、開口角を制約し、GRB-SN関係への影響を評価すること。
• このようなやや相対論的準定常源の局所的発生率を推定し、ビーミングおよび集束特性を推察すること。
• すべてのIbc超新星が準ジャケット的噴出を伴う可能性を検証し、核崩壊イベントの連続的スペクトルを確立すること。

提案手法

• 080109/SN 2008Dの光度曲線およびスペクトルを特徴付けるために、宇宙機器によるX線（Swift/XRT）および地上望遠鏡による光学（VLT/FORS2）データを分析した。
• 初期X線光度曲線を、やや相対論的流れ（Γ ~ 数）が星風媒体内で減速する逆シャワーモデルでフィットした。
• X線後光を、風構造を持つ媒体からの前方シャワー放射としてモデル化し、標準的なシンチロトロンシャワー模型を用い、パラメータεₑ、εB、A*を用いた。
• スペクトルフィッティングにより、累乗則モデルと黒体モデルを比較し、累乗則モデル（Γ = 2.3 ± 0.2、NH = 7.6 × 10²¹ cm⁻²）を支持した。
• シンチロトロン自己吸収および冷却断面モデルを用い、電波後光のピーク時刻と輝度を推定した。これはβ ~ 安定かつνm < νradio < νa < νcの仮定に基づく。
• 体積制限型調査における観測率を用いて、局所的発生率の下限を計算し、約1.6 × 10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線準定常源080109の物理的起源は何か？また、SN 2008Dの爆発とどのように関連しているか？
• RQ2 この準定常源はGRB/XRFと通常のIbc SNの間の遷移的段階を示しているのか？その根拠は何か？
• RQ3 流れの運動エネルギー、ローレンツ因子、開口角は何か？GRBsやXRFsと比較するとどうなるか？
• RQ4 相対論的GRBsからやや相対論的準定常源、非相対論的Ibc SNeに至る核崩壊イベントの連続的分布があるのか？
• RQ5 すべてのIbc超新星が準ジャケット的噴出を伴うのか？その場合、相対論的からやや相対論的、非相対論的へと行動が変化する要因は何か？

主な発見

• 初期X線準定常源（≤800 s）は、やや相対論的流れ（Γ ~ 数）が密度の高い星風中に停止する逆シャワー放射によって最もよく説明できる。
• X線後光（≤2×10⁴ s）は、前方シャワー放射と整合的であり、約10⁴⁶ ergの運動エネルギーを有し、風媒体を押し広げている。
• 長期間のX線フラットニング（≥2×10⁴ s）は、SN 2008Dの残骸の最も速く、減速していない成分に起因する。
• このようなX線準定常源の局所的発生率には、下限として約1.6×10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³が得られ、大多数の事象が100°以上の広い開口角を持つことを示唆する。
• 準定常源の集束補正エネルギーは約5×10⁴⁵ ergであり、一貫したオンビームモデルは、非軸上観測が原因であるという説を排除する。
• 結果は、GRB/XRFからX線準定常源、通常のIbc SNへの連続的スペクトルを支持しており、エネルギーは減少し、開口角は増加する。また、放射エネルギーと開口角の間には負の相関がある。