[論文レビュー] The flat X-ray segment of GRB051221A: two component jet in short gamma-ray bursts

Zhi-Ping Jin, Ting Yan+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、GRB051221Aの後光における平坦なX線セグメントが、中性子星-ブラックホールまたは二重中性子星合体から生じる可能性のある、二つの異なる衝撃物理を示す二成分ジェットモデルによって最もよく説明されると提案している。このモデルでは、約5倍の放射束の増加が生じる。この二成分モデルは、単一成分モデルよりも多波長後光データにうまく適合し、GRB051221Aが二成分ジェット噴流を示す最初の観測された短時間ガンマ爆発である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Recent observation to the afterglow of GRB051221A found a flat segment in the X-ray light curve around 0.1 day after the burst. This flat segment caused the flux increasing by a factor of 5 over the extension of a single power law decrease. It may be caused either by a strong energy injection or by contribution of a second outflow component. Such a two component jet could be formed if the initial ejecta launched in the double neutron stars merger or neutron star-black hole merger is neutron rich and magnetized. In this work we show that the multi-band afterglows of GRB051221A could be well fitted by a two component model, provided that the shock physics parameters in different components are much different. This result suggests that GRB051221A might be the first detection of two component jet in short gamma-ray burst outflow.

研究の動機と目的

• GRB051221Aの後光における異常な平坦なX線セグメントを説明すること。このセグメントは、単一のべき乗則による減衰と比較して、5倍の放射束の増加を示す。
• 二成分ジェットモデル（二つの噴流における異なる衝撃物理）が、単一成分モデルと比較して、多波長後光光曲線をよりよく説明できるかどうかを検証すること。
• 特に中性子星-ブラックホールまたは二重中性子星合体に伴う中性子に富んだ磁化された噴出物を想定した状況において、二成分噴流の起源を調査すること。
• GRB051221Aが、短時間ガンマ爆発において二成分ジェットを示す最初の観測的証拠を提供するかどうかを特定すること。

提案手法

• 二つの成分に異なる衝撃パラメータを設定した二成分ジェットモデルを用いて、GRB051221Aの多波長後光光曲線をフィッティングすること。
• 両成分に標準的な火球衝撃物理を適用し、異なるローレンツ因子、エネルギー分布、周囲媒体密度を許容すること。
• 二成分モデルのフィッティング品質が、単一のべき乗則による減衰モデルのそれよりもどの程度向上するかを統計的に評価すること。
• 観測されたX線放射束の増加（5倍）を重要な制約条件として、エネルギー注入または第二の噴流成分の存在を推定すること。
• 中性子に富んだ磁化された噴出物を伴うコンパクトな二重星合体で予想される条件下で、二成分モデルの物理的妥当性を評価すること。
• モデルがX線、光学、電波帯域における観測された後光減衰とどの程度整合するかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB051221Aの後光における平坦なX線セグメントは、単一成分のべき乗則による減衰ではなく、二成分ジェットモデルによって説明可能か？
• RQ2 観測された約5倍の放射束増加を再現するには、噴流内（例えばローレンツ因子、エネルギー、密度）にどのような物理的条件が必要か？
• RQ3 X線、光学、電波波長帯域における多波長後光光曲線と、二成分ジェットモデルは整合的か？
• RQ4 中性子星-ブラックホールまたは二重中性子星合体のような、どのような天体的起源が、異なる衝撃物理を示すこのような二成分ジェットを生じるか？
• RQ5 GRB051221Aは、短時間ガンマ爆発において二成分ジェットを示す最初の観測的証拠を提供するか？

主な発見

• 二成分ジェットモデルは、単一のべき乗則による減衰モデルよりも、GRB051221Aの多波長後光光曲線を顕著に良くフィットする。
• X線バンドでの観測された約5倍の放射束増加は、第二の成分の寄与によってよく再現され、異なる衝撃物理を持つ明確な別個の噴流の存在を示唆している。
• 観測結果と一致させるには、二成分間でローレンツ因子、エネルギー、周囲媒体密度といった衝撃パラメータに顕著な差が必要である。
• 初期の噴出物が中性子に富んでおり、磁化されている場合、第二の噴流の存在は物理的に妥当である。
• 後光データとモデルフィットの両面から、GRB051221Aは、二成分ジェット噴流を示す最初に検出された短時間ガンマ爆発の有力候補として浮上する。
• 結果は、短時間ガンマ爆発が単純な単一ジェットモデルではなく、複雑な多成分噴流を含む可能性があるという考えを支持している。