[論文レビュー] Modeling observations of GRB 180720B: From radio to GeV gamma-rays

N. Fraija, A. Montalvo+7 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、均質な媒体における外部衝撃モデルを用いて、電波からGeV帯ガンマ線にわたるGRB 180720Bの多波長観測をモデル化した。LATが観測するシンクロtron限界を超える光子は、シンクロtron自己コンプトン（SSC）前進衝撃過程によって最もよく説明され、GeV〜TeVエネルギー帯での非常に高エネルギー放射が検出可能であると予測された。

ABSTRACT

Early and late multiwavelength observations play an important role in determining the nature of the progenitor, circumburst medium, physical processes and emitting regions associated to the spectral and temporal features of bursts. GRB 180720B is a long and powerful burst detected by a large number of observatories in multiwavelenths that range from radio bands to GeV gamma-rays. The simultaneous multiwavelength observations were presented over multiple periods of time beginning just after the trigger time and extending for more than 30 days. The temporal and spectral analysis of Fermi LAT observations suggest that it presents similar characteristics to other bursts detected by this instrument. Coupled with X-ray and optical observations, the standard external-shock model in a homogeneous medium is favored by this analysis. The X-ray flare is consistent with the synchrotron self-Compton (SSC) model from the reverse-shock region evolving in a thin shell and long-lived LAT, X-ray and optical data with the standard synchrotron forward-shock model. The best-fit parameters derived with the Markov chain Monte Carlo simulations indicate that the outflow is endowed with magnetic fields, the radio observations are in the self-absorption regime and the LAT photons beyond the synchrotron limit have to be explained with a different radiative process. We propose that the most natural process to interpret these photons is through the SSC forward-shock model and then predict the very-high-energy flux to be detected by GeV - TeV observatories.

研究の動機と目的

• GRB 180720Bの電波からGeVガンマ線にわたる多波長放射の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• スペクトルおよび時間的解析を通じて、前身天体および周囲物質の性質を特定すること。
• X線フレアと長期間にわたる放射が、逆方向衝撃モデルおよび前進衝撃モデルと整合するかを検証すること。
• シンクロtron限界を超えるGeV光子を引き起こす放射過程を同定すること。
• SSC前進衝撃モデルを用いて、検出可能な非常に高エネルギーフラックスを予測すること。

提案手法

• トリガー後30日以上にわたるFermi LAT、X線、光学観測の同時時間的およびスペクトル的解析を実施した。
• 前進衝撃放射を解釈するために、均質媒体における標準的な外部衝撃モデルを適用した。
• 薄いシェルにおける逆方向衝撃の進化を説明するため、シンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルを用いた。
• 出流および磁場の最良適合パラメータを導出するために、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）シミュレーションを用いた。
• 電波観測における自己吸収領域を評価し、放射の幾何学的構造および電子分布を制約した。
• SSCモデルを前進衝撃領域に拡張し、シンクロtron限界を超える高エネルギー光子を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シンクロtron限界を超えるGRB 180720BのGeVガンマ線放射を説明する物理的過程は何か？
• RQ2 GRB 180720BのX線フレアは、逆方向衝撃領域およびその進化とどのように関係しているか？
• RQ3 均質媒体における標準的な外部衝撃モデルは、多波長光度曲線と整合的か？
• RQ4 磁場は出流において果たす役割は何か？また、観測される放射にどのように影響を与えるか？
• RQ5 前進衝撃SSC過程から予測される非常に高エネルギーフラックスは、GeV〜TeV観測機器で検出可能か？

主な発見

• 均質媒体における標準的な外部衝撃モデルが、GRB 180720BのX線、光学、LAT光度曲線の長期間にわたる変動を最もよく説明した。
• X線フレアは、薄いシェルで進化する逆方向衝撃領域に起因するシンクロtron自己コンプトン（SSC）過程と整合的であった。
• 電波観測から、放射は自己吸収領域にあり、電子分布および源のサイズが制約された。
• MCMCで適合されたパラメータから、出流中に磁場が存在すると推定された。
• シンクロtron限界を超えるLAT光子は、単独のシンクロtron放射よりも、SSC前進衝撃モデルによって最もよく説明された。
• SSC前進衝撃モデルは、GeV〜TeV範囲での検出可能な非常に高エネルギーフラックスを予測しており、現在および将来の観測機器で利用可能である。