[論文レビュー] Spectrum-energy correlations in Gamma-Ray Bursts confront extremely energetic Fermi GRBs

L. Amati, F. Frontera+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、フェルミGRB 080916Cおよび090323の極めて高エネルギーな事象においてEp,i–Eiso相関を確認し、2009年4月時点の95事象に基づく相関に含まれていることを示している。これにより、相関の有効性が最高エネルギー領域まで拡張され、平坦化や散乱の増加の兆しなし。結果は、GRBの光度およびエネルギーにわたる普遍的な放射メカニズムを支持し、機器のエネルギー閾値による顕著なバイアスもないことを示している。

ABSTRACT

The extremely energetic Fermi GRBs 080916C, with its Eiso of ~ 10^{55} erg in 1 keV - 10 GeV and intense GeV emission, and 090323 give us a unique opportunity to test the reliability and extension of spectral energy correlations. Based on Konus/WIND and Fermi spectral measurements, we find that both events are fully consistent with the updated (95 events as of April 2009) Ep,i - Eiso correlation, thus further confirming and extending it and pointing against a possible flattening or increased dispersion at very high energies. This also suggests that the physics behind the emission of peculiarly bright and hard GRBs is the same as for softer and weaker ones. In addition, we find that the normalization of the correlation obtained by considering these two GRBs and the other long ones for which Ep,i was measured with high accuracy by the Fermi/GBM are fully consistent with those obtained by other instruments (e.g., BeppoSAX, Swift, Konus-WIND), thus indicating that the correlation is not affected significantly by detectors limited thresholds and energy bands. Prompted by the extension of the spectrum of GRB 080916C up to several GeVs without any excess or cut-off, we also investigated if the evaluation of Eiso in the commonly adopted 1 keV - 10 MeV energy band may bias the Ep,i - Eiso correlation contributing to its scatter. By computing Eiso from 1 keV to 10 GeV, the slope of the correlation becomes slightly flatter, while its dispersion does not change significantly. Finally, we find that GRB 080916C is also consistent with most of the other spectral energy correlations derived from it, with the possible exception of the Ep,i - Eiso - tb correlation.

研究の動機と目的

• フェルミGRBの最もエネルギーの高い例、例えば080916Cおよび090323においてEp,i–Eisoスペクトルエネルギー相関が成立するかを検証すること。
• GRB 080916Cに観測された極めて高いエネルギー（数GeVまで）の放射がEp,i–Eiso相関に影響を与えたり、散乱を引き起こすかを調査すること。
• 特に高光度事象において、機器のエネルギー帯域制限（例：1 keV–10 MeV）がEp,i–Eiso相関にバイアスを及えるかどうかを評価すること。
• GRB 080916Cが他のスペクトルエネルギー相関（特にEp,i–Eiso–tb関係）と整合するかを評価すること。

提案手法

• コンス・ウィンズおよびフェルミ/GBMのスペクトル測定を用い、GRB 080916Cおよび090323の等方的等価エネルギー（Eiso）およびピークエネルギー（Ep,i）を決定した。
• 複数の機器から得られた2009年4月時点の95事象に基づく更新された相関と比較し、これらの2事象のEp,i–Eiso値を検証した。
• 標準的な1 keV–10 MeV帯域とは異なり、1 keVから10 GeVまでの広いエネルギー範囲でEisoを再計算し、帯域制限によるバイアスの可能性を評価した。
• 標準的および拡張されたエネルギー帯域下でのEp,i–Eiso相関の勾配と散乱を分析し、高エネルギー放射への感受性を評価した。
• 利用可能なデータを用いて、GRB 080916Cが他のスペクトルエネルギー相関、特にEp,i–Eiso–tb関係と整合するかをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミGRBの最もエネルギーの高い例、例えばEiso ≈ 10^55 ergを示す080916CにおいてもEp,i–Eiso相関は有効に保たれるか？
• RQ2 GRB 080916Cのスペクトルに数GeVまで高エネルギー端末がない場合、Ep,i–Eiso相関に影響を与えたり、散乱を増加させたりするか？
• RQ3 Eisoを計算する際に用いるエネルギー帯域が、特に高光度GRBにおいてEp,i–Eiso相関にバイアスを及えるか？
• RQ4 フェルミの結果が、他の機器（例：BeppoSAX、Swift、Konus-WIND）の結果と、相関の正規化に関して一貫しているか？
• RQ5 GRB 080916Cは、Ep,i–Eiso–tb関係などの他のスペクトルエネルギー相関と整合しているか？

主な発見

• 2009年4月時点の95事象に基づく更新されたEp,i–Eiso相関に、GRB 080916Cおよび090323は完全に整合しており、極端なエネルギー領域における相関の有効性が裏付けられた。
• 最高光度領域においても相関の平坦化や分散の増加の兆しなしであり、GRB集団全体にわたる普遍性を支持する。
• 1 keVから10 GeVまでのエネルギー範囲でEisoを再計算した結果、Ep,i–Eiso相関の勾配はわずかに平坦化したが、散乱はほとんど変化しなかった。
• これらの2事象から得られたEp,i–Eiso相関の正規化は、他の機器（例：BeppoSAX、Swift、Konus-WIND）から得られたものと一致しており、顕著な機器バイアスがないことが示された。
• GRB 080916Cは大多数のスペクトルエネルギー相関と整合しているが、Ep,i–Eiso–tb関係に関してはやや不一致の兆しなし。
• GRB 080916Cのスペクトルに高エネルギー端末がない場合、Eisoを広いエネルギー範囲で計算することで、Ep,i–Eiso相関にバイアスが生じないことが示された。