[論文レビュー] Temporal behaviour of emissions from Gamma-ray bursts and optical/near-IR afterglows of GRB 991208 and GRB 991216

R. Sagar, V. Mohan+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2000

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、多波長光度測定を用いて、GRB 991208およびGRB 991216の光学的・近赤外線後光光度曲線およびスペクトルエネルギー分布を分析する。GRB 991208は急激なフラックス減衰（指数~2.2）と平坦なスペクトルを示し、強いビーム効果を示唆するが、GRB 991216は2〜2.5日間にわたりRバンド光度曲線で0.23 dexの説明のつかない急激な減衰を示し、ジェット効果または未知の物理現象を示唆する。両方のバーストは宇宙論的距離にあり、それぞれ約10^53 ergの非常に大きな等方的エネルギーを放出している。

ABSTRACT

The CCD magnitudes in Cousins R and I photometric passbands are determined for GRB 991216 and GRB 991208 afterglows respectively about 1 and about 3 day after trigger of the corresponding gamma-ray bursts. Light curves of the afterglow emissions are obtained by combining the published data with the present measurements in R and I passbands for GRB 991208 and in R, Gunn I and J passbands for GRB 991216. They indicate that the flux decay constants of a GRB are almost the same in each passband with values about 2.2 for GRB 991208 and about 1.2 for GRB 991216 indicating very fast optical flux decay in the case of former which may be due to beaming effect. However, cause of steepening by 0.23 +/- 0.06 dex in the R light curve of GRB 991216 afterglow between 2 to 2.5 day after the burst, is presently not understood. Redshift determinations indicate that both GRBs are at cosmological distance with a value of 4.2 Gpc for GRB 991208 and 6.2 Gpc for GRB 991216. The observed fluence above 20 keV indicates, if isotropic, release of energy about 1.3 x 10^{53} erg for GRB 991208 and about 6.7 x 10^{53} erg for GRB 991216 by these bright gamma-ray flashes. The enormous amount of released energy will be reduced, if the radiation is beamed which seems to be case for GRB 991208 afterglow.The quasi-simultaneous broad-band photometric spectral energy distributions of the afterglows are determined about 8.5 day and about 35 hour after the bursts of GRB 991208 and GRB 991216 respectively.The flux decreases exponentially with frequency. The value of spectral index in the optical-near IR region is -0.75 +/- 0.03 for GRB 991208 and -1.0 +/- 0.12 for GRB 991216.

研究の動機と目的

• 新規および既存の光度測定データを用いて、GRB 991208およびGRB 991216の光学的・近赤外線後光の時間的減衰挙動を調査すること。
• 発光の同時的・準同時的エポックにおけるスペクトルエネルギー分布（SED）を特定し、放射メカニズムの性質を評価すること。
• 観測されたフラックス減衰およびスペクトル指数が、特にジェットビーム効果を含む標準的火球モデルの予測と整合するかどうかを評価すること。
• 赤方偏移および放射線量測定に基づいて、バーストの宇宙論的距離および等方的エネルギー放出を評価すること。
• 光度曲線の異常、特に2〜2.5日目にGRB 991216のRバンド光度曲線に見られる説明のつかない急激な減衰を特定および分析すること。

提案手法

• GRB 991208については発光後約1日後にRおよびIバンド、GRB 991216については発光後約3日後にR、Gunn i、Jバンドの新しいCCD光度測定を取得した。
• 新規測定値をGCNレポートおよび他の観測所からの既存データと統合し、複数の光度測定バンドにおける完全な光度曲線を構築した。
• 各バンドでのフラックス減衰指数（α）を導出するために、光度曲線にべき乗則減衰モデルをフィットした。
• 発光後約8.5日目（GRB 991208）および約35時間目（GRB 991216）の準同時的広帯域SEDを構築し、スペクトル指数（β）を決定した。
• 赤方偏移測定値（GRB 991208ではz = 2.0、GRB 991216ではz = 3.0）を用いて、標準的宇宙論のもとで宇宙論的距離およびγ線放射線量からの等方的エネルギー放出を推定した。
• ジェット流れおよびシンクロtron放射の理論的モデルと照らし合わせ、観測された光度曲線の折り返し点およびスペクトル勾配の整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 991208およびGRB 991216の光学的・近赤外線後光の時間的減衰挙動は、複数の光度測定バンドでどのように変化するか？
• RQ2 なぜGRB 991216のRバンド光度曲線は発光後2〜2.5日間にわたり0.23 ± 0.06 dexの説明のつかない急激な減衰を示すのか？
• RQ3 発光後約35時間目および約8.5日目に観測された後光のスペクトルエネルギー分布は、シンクロtron放射モデルとどのように比較されるか？
• RQ4 観測されたフラックス減衰およびスペクトル指数は、火球モデルにおけるジェットビーム効果または他の物理的メカニズムによって説明可能か？
• RQ5 γ線放射線量および赤方偏移に基づいて、GRB 991208およびGRB 991216の等方的エネルギー放出および宇宙論的距離は何か？

主な発見

• GRB 991208のフラックス減衰指数はRバンドおよびIバンドで~2.2であり、非常に急激な減衰を示し、強いジェットビーム効果と整合的である。
• GRB 991216のフラックス減衰指数は~1.2であり、減衰がやや緩やかであるが、発光後2〜2.5日間にわたりRバンドで0.23 ± 0.06 dexの説明のつかない急激な減衰を示す。
• 光学的・近赤外線領域におけるスペクトル指数は、GRB 991208で-0.75 ± 0.03、GRB 991216で-1.0 ± 0.12であり、周波数に伴うフラックスの指数的減少を示唆する。
• GRB 991216の後光は1.2 μm近辺にスペクトルブレークの可能性を示しており、シンクロtronスペクトルの遷移を示唆する。
• 赤方偏移z = 2.0およびz = 3.0は、標準的宇宙論のもとでそれぞれ4.2 Gpcおよび6.2 Gpcの宇宙論的距離を示唆する。
• 等方的エネルギー放出はGRB 991208で~1.3 × 10^53 erg、GRB 991216で~6.7 × 10^53 ergと推定されるが、ビーム効果によりこれらの値は顕著に低下する可能性がある。