[論文レビュー] Relativistic ejecta from XRF 060218 and the complete census of cosmic explosions

A. M. Soderberg, S. R. Kulkarni+21 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、XRF 060218の多波長観測を提示し、10^48エールグの運動エネルギーを有するやや相対論的でない噴出物と、長期間にわたる中心核の活動を明らかにした。低輝度XRFsであるXRF 060218は、宇宙的距離の超新星爆発と比較して100倍エネルギーが小さく、10倍も一般的であることが示され、相対論的噴出物がGRBs/XRFsと通常のIbc型超新星を区別する要因であると考えられる。

ABSTRACT

Over the last decade, long-duration gamma-ray bursts (GRBs) and X-ray flashes (XRFs) have been revealed to be a rare variety of Type Ibc supernova (SN). While all these events result from the death of massive stars, the electromagnetic luminosities of GRBs and XRFs exceed those of ordinary Type Ibc SNe by many orders of magnitude. The essential physical process that causes a dying star to produce a GRB or XRF, and not just an SN, remains the crucial open question. Here we present radio and X-ray observations of XRF 060218 (associated with SN 2006aj), the second nearest GRB identified to-date, which allow us to measure its total energy and place it in the larger context of cosmic explosions. We show that this event is 100 times less energetic but ten times more common than cosmological GRBs. Moreover, it is distinguished from ordinary Type Ibc SNe by the presence of 10^48 erg of mildly-relativistic ejecta, along with a central engine which produces X-rays for weeks after the explosion. This suggests that the presence of relativistic ejecta is the key physical distinction between GRBs/XRFs and ordinary SNe, while the nature of the central engine (black hole or magnetar) may distinguish cosmological GRBs from the low-luminosity and spherical events like XRF 060218.

研究の動機と目的

• XRF 060218のエネルギー的性質と噴出物の特徴を特定すること。XRF 060218は、これまでに観測された第二番目に近いGRBである。
• 長期間持続するGRBs/XRFsと通常のIbc型超新星との間の物理的差異を明確にすること。
• 相対論的噴出物と中心核の活動が、宇宙的爆発の分類に果たす役割を評価すること。
• XRF 060218を、エネルギー分布とイベント発生率を含む広範な宇宙的爆発の統計的文脈に位置づけること。

提案手法

• XRF 060218の全エネルギー出力と噴出物の性質を測定するために、電波およびX線観測が用いられた。
• 電波光曲線のモデル化から、噴出物の運動エネルギーが推定され、これはわずかに相対論的でない速度を示した。
• X線光曲線の解析により、爆発後も長期間にわたって中心核の活動が継続していることが推定された。
• XRF 060218のエネルギー的性質を、宇宙的距離のGRBsと通常のIbc型超新星と比較し、相対的輝度と頻度を評価した。
• 統計的スケーリングを適用して、高輝度GRBsと比較して低輝度XRFsの宇宙的発生率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XRF 060218の全エネルギー出力は何か？また、宇宙的距離のGRBsと比べてどう異なるか？
• RQ2 XRF 060218は、通常のIbc型超新星と比べて、噴出物および中心核の活動の点で何が異なるか？
• RQ3 低輝度XRFsは、高輝度GRBsと比較して、宇宙的爆発の集団においてどれほど一般的か？
• RQ4 やや相対論的でない噴出物は、GRBs/XRFsと通常の超新星を区別する上で果たす役割は何か？
• RQ5 中心核の性質（ブラックホール対マグネタール）が、GRBsとXRFsの間の輝度二分法を決定づけているのか？

主な発見

• XRF 060218は10^48エールグのやや相対論的でない噴出物を示しており、これは通常のIbc型超新星に存在しない重要な特徴である。
• このイベントは、宇宙的距離のGRBsと比較して100倍エネルギーが小さいが、観測された宇宙的爆発集団では10倍も一般的である。
• 長期間にわたる中心核の活動が、初期爆発から数週間のX線放射を駆動しており、持続的な活動を示している。
• 相対論的噴出物の存在が、GRBs/XRFsと通常のIbc型超新星を区別する主な物理的特徴であると特定された。
• 中心核の性質（おそらくマグネタール）が、XRF 060218のような低輝度XRFsと高輝度宇宙的GRBsを区別する要因である可能性がある。