[論文レビュー] SCUBA sub-millimeter observations of gamma-ray bursters III. GRB 030329: The brightest sub-millimeter afterglow to date

I. A. Smith, R. P. J. Tilanus+5 more|ArXiv.org|Mar 26, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、GRB 030329のSCUBA波長帯の準ミリ波観測を報告し、記録された中で最も明るい準ミリ波後光を特定した。850 µmの電波強度は、発生後約7日頃のジェット断面の変化まで一定であったが、スペクトルの進化は移動するスペクトル断面と低下するピーク強度と整合的であり、宿主銀河からの有意な放射は検出されなかった。

ABSTRACT

We discuss our ongoing program of Target of Opportunity (ToO) sub-millimeter observations of gamma-ray bursts (GRBs) using the Sub-millimetre Common-User Bolometer Array (SCUBA) on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). In this paper, we present all the ToO observations of GRB 030329. This was by far the brightest sub-millimeter afterglow seen to date. The flux density at 850 microns was approximately constant up to a break that took place ~7 days after the burst. This was consistent with being a jet break. The 850 micron results agree with those at longer wavelengths that show a brighter flux ~7 days after the burst, right at the time of the break. No short-lived large-scale brightenings were detected in the sub-millimeter light curve. However, the 850 micron light curve may have had a drop

研究の動機と目的

• JCMTのSCUBAを用いたターゲット・オブ・オポーチュニティ（ToO）観測により、GRB 030329の準ミリ波後光を特徴づけること。
• 準ミリ波帯における後光光度曲線およびスペクトル進化の性質を特定すること。
• GRB 030329の宿主銀河からの準ミリ波放射を探索すること。
• 後光挙動がジェット減速およびスペクトル進化モデルに与える意味を評価すること。
• 高感度の準ミリ波モニタリングを通じて、GRB後光物理学の広範な理解に貢献すること。

提案手法

• ジェームズ・クリーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）に搭載された準ミリ波共通ユーザーボロメータアレイ（SCUBA）を用いて、ターゲット・オブ・オポーチュニティ（ToO）準ミリ波観測を実施した。
• 光度の進化を追跡し、潜在的な断面を検出するために、850 µmおよび450 µmでの複数エポック観測を実施した。
• 電波から可視光までの多波長観測と組み合わせて、スペクトルエネルギー分布および後光進化をモデル化した。
• 最後の2日間の重み付き平均電波強度密度を用いて、宿主銀河放射の上限を設定した。
• 移動する断面を仮定した定常スペクトル指数のスペクトルモデルを適用し、光度曲線の進化を解釈した。
• 長波長帯のデータと比較することで、断面のタイミングおよび電波強度の進化を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 030329の準ミリ波後光電波強度の時間的進化は何か？ そして、スペクトル断面はいつ発生するか？
• RQ2 準ミリ波帯におけるスペクトルエネルギー分布はどのように進化するのか？ これにより、後光モデルにどのような示唆が得られるか？
• RQ3 GRB 030329の宿主銀河からの検出可能な準ミリ波放射は存在するか？ これにより、そのダスト含有量について何が示唆されるか？
• RQ4 準ミリ波帯の光度曲線およびスペクトル挙動は、長波長帯のそれらとどのように比較できるか？
• RQ5 準ミリ波光度曲線に一時的な明るみの増加が認められないことは、後光放射メカニズムについて何を示唆するか？

主な発見

• GRB 030329は、観測史上で最も明るい準ミリ波後光を示した。850 µmでのピーク電波強度密度は、発生後約7日頃のジェット断面と整合的であった。
• 850 µmの電波強度密度は、断面までの間、ほぼ一定であった。これは、後光減衰プロファイルに滑らかな遷移が生じていることを示している。
• 断面の前後でスペクトル指数はそれぞれ+2および+1/3であり、断面の直前にはピーク周波数が約90 GHzにシフトしていた。
• 定常スペクトル指数と移動するスペクトル断面を仮定した単純なモデルがデータに適合し、断面が時間とともにより長い波長に移動していることが示された。
• 宿主銀河からの有意な準ミリ波放射は検出されず、850 µmでの3σ上限は-0.8 ± 1.6 mJy、450 µmでの上限は17 ± 14 mJyであった。
• 光度曲線には一時的な明るみの増加は認められなかったが、発生後16日より前には、おそらく第二の断面または変動が生じた可能性がある、電波強度の低下が見られた。