[論文レビュー] Swift GRBs and the Ep,i - Eiso correlation

L. Amati|ArXiv.org|Nov 6, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、Swiftガンマ爆発（GRBs）を分析して $E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関を検証し、赤方偏移が既知の長期間GRBはすべて相関と整合的であるのに対し、短期間GRBはそうでないことを明らかにした。これは、発光メカニズムが別個であることを支持する。注目すべきは、短期間GRB 050724のソフトテールが相関上にあることであり、これは類似した物理的メカニズムだが、短期間爆発では効率が低いことを示唆している。

ABSTRACT

The Ep,i - Eiso correlation is one of the most intriguing and debated observational evidences in Gamma-Ray Bursts (GRB) astrophysics. Swift, with its high sensitivity and fast pointing capabilities, is reducing a lot the impact of selection effects in the sample of GRBs with known redshift (and thus Ep,i and Eiso). Moreover, in several cases it allows the detection of the soft tail of the prompt emission, and thus a more accurate estimate of Ep,i with respect to previous satellites. I present and discuss the location in the Ep,i - Eiso plane of Swift GRBs with known redshift and estimated Ep,i, showing that all long events (including peculiar events like GRB060218 and GRB060614) are consistent with the Ep,i - Eiso correlation. In contrast, short GRBs are not consistent with it, an evidence further supporting the hypothesis of different emission mechanisms at work in the two classes of GRBs. I also show, and briefly discuss, the intriguing evidence that the soft tail of the short GRB050724 is consistent with the correlation.

研究の動機と目的

• 選択効果が小さいSwift GRBのサンプルにおいて、$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関の頑健性を検証すること。
• 短期間GRBが相関から逸脱するかどうかを調査し、長期間GRBとは異なる発光メカニズムを示唆するかを検討すること。
• GRB 050724のような短期間GRBにおける延長されたソフト放射が、相関と整合的かどうかを検討すること。
• 相関が観測バイアスの結果であるのか、それともGRB放射の根本的性質であるのかを評価すること。

提案手法

• Swiftの高い感度と迅速な指向移動性を活用し、赤方偏移が既知のGRBサンプルにおける選択効果を低減した。
• 赤方偏移が既知の23個のSwift GRBについて、BAT、XRT、および他の機器（例：HETE-2、Konus/Wind）から $E_{\rm p,i}$ と $E_{\rm iso}$ の値を収集した。
• 関係式 $E_{\rm p,i} = K \times E_{\rm iso}^m$ を用いて $E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 平面上のパワーロー補正を実施し、$K \sim 75$--$110$ および $m \sim 0.4$--$0.6$ の範囲とした。
• ハードなBATスペクトルを持つイベントについては $E_{\rm p,i}$ の下限を用い、光子指数とエネルギー帯に基づいて保守的な境界を設定した。
• BATとXRTのデータを統合し、GRB 050724のソフトテールの $E_{\rm p,i}$ と $E_{\rm iso}$ を推定した。
• すべてのGRBを $E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 平面上にプロットし、相関と2σ信頼領域とを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 選択効果の可能性があるにもかかわらず、長期間Swift GRBは $E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関と整合的か？
• RQ2 赤方偏移が既知の短期間GRBは $E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関から逸脱するか？ これは、長期間GRBとは異なる発光メカニズムを示唆するか？
• RQ3 短期間GRB 050724における延長されたソフト放射は、$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関と整合的か？
• RQ4 相関は選択バイアスの結果であるのか、それともGRB放射の根本的性質であるのか？
• RQ5 GRB 050724のソフトテールの位置は、GRB発光メカニズムの普遍性について何を示唆するか？

主な発見

• 推定された $E_{\rm p,i}$ を有する17個の長期間Swift GRBすべてが、$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関と整合的であり、$E_{\rm iso}$ では4桁以上、$E_{\rm p,i}$ では3桁の範囲をカバーしている。
• 下限／上限限界での $E_{\rm p,i}$ のみが得られた5個の長期間GRBも、相関領域内に位置しており、相関の頑健性を支持する。
• 短期間GRB（例：050509b、050813、051221）は相関から顕著に上方に位置しており、発光メカニズムが異なることを示唆している。
• 短期間GRB 050724のソフトテールは $E_{\rm p,i} \approx 11$ keV および $E_{\rm iso} \approx 0.035 \times 10^{52}$ erg であり、$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$ 相関上に位置している。
• 相関からの明確な外れ値は、奇妙なGRB 980425のみであり、それ以外の長期間GRBおよび050724のソフトテールはすべて相関に一致している。
• 選択効果が低減された状況下でも、長期間GRBおよび050724のソフトテールが相関と整合的であることは、相関がアーティファクトではなく根本的関係であることを支持する。