[論文レビュー] The population of GRB hosts

N. R. Tanvir, A. J. Levan|ArXiv.org|Sep 6, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ガンマ線バースト（GRB）の母銀河の性質を調査し、GRB生成メカニズムの制約を試みる。長期間持続するGRBは低金属量で星形成が活発な環境を好む強力な証拠を得た。多波長観測と母銀河の形態比較により、GRB母銀河は一般的に明るさが低く、不規則で金属量が少ないことが示され、低金属量の質量の大きな星の生成を支持する。一方、短時間持続するバーストは、近隣のソフトガンマ線反復爆発源や高赤方偏移の中性子星合体から発生する可能性がある。

ABSTRACT

The properties of their hosts provide important clues to the progenitors of different classes of gamma-ray bursts (GRBs). The hosts themselves also constitute a sample of high-redshift star-forming galaxies which, unlike most other methods, is not selected on the luminosities of the galaxies themselves. We discuss what we have learnt from and about GRB host galaxies to date.

研究の動機と目的

• GRB生成メカニズムの性質を、その母銀河の物理的性質を分析することで理解すること。
• GRB母銀河が、低金属量で高赤方偏移の星形成環境に偏っているかどうかを調査すること。
• GRB母銀河が高赤方偏移における星形成を、明るさに依存しないプローブとして果たす役割を評価すること。
• 短時間持続するGRBの起源を、その母環境と赤方偏移分布を検討することで明確にすること。
• 宇宙論的および天体物理学的推論のためのGRB母銀河サンプルの完全性と信頼性を評価すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡（HST）のGRB母銀河画像を分析し、核心崩壊超新星の母銀河と形態を比較する。
• 光学および近赤外線の後光赤方偏移測定を用いて、母銀河の距離と星形成率を決定する。
• GRB後光の吸収線分光法を用いて、母銀河内のガス相金属量を測定する。
• GRB母銀河の性質を銀河サーベイ（例：PSCz）と比較し、近隣銀河との空間的相関を検出する。
• ダストの減光と選択バイアスが母銀河検出および金属量推定に与える影響を評価する。
• シミュレーションを用いて、観測された相関（例：母銀河の形態、赤方偏移）が金属量依存のGRB発生率と整合するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長期間持続するGRB母銀河は低金属量環境を好むのか。これは生成メカニズムモデルにどのような含意をもたらすか。
• RQ2 同様の赤方偏移において、GRB母銀河の形態と明るさは、核心崩壊超新星の母銀河とどのように比較されるか。
• RQ3 GRB母銀河が明るさが低く、低光度銀河に偏っている程度はどの程度か。これは高赤方偏移における星形成のプローブとしての利用にどのような影響を与えるか。
• RQ4 短時間持続するGRBの起源は何か。近隣のソフトガンマ線反復爆発源のフレアか、高赤方偏移の二重中性子星合体か。
• RQ5 現在のGRB母銀河サンプルは、赤方偏移および金属量のカバー範囲において、どの程度完全で代表的であるか。

主な発見

• 長期間持続するGRB母銀河は、主に小さく、不規則で金属量が少なく、核心崩壊超新星の母銀河とは明確に異なる形態を示す。
• 長期間持続するGRB母銀河は、推定された星形成率に比して、遠赤外線およびサブミリ波長の明るさが予想よりも低いことが示され、金属量が低いことが示唆される。
• GRB後光の吸収線分光法により、金属量は約1%太陽系から近い太陽系まで広範囲に分布しており、高赤方偏移系では低金属量に偏っている傾向が見られる。
• z > 2の領域で強いライマンアルファ線球が観測されるGRB母銀河の割合は、ダスト量と金属量が低い環境を示している。
• BATSEの短時間バーストと近隣銀河（最大110 Mpcまで）との弱い相関は、短時間バーストの10–25％が近隣のソフトガンマ線反復爆発源から発生している可能性を示唆している。
• GRB 050906、GRB 051103、GRB 070201のような低赤方偏移の短時間バースト候補は、ソフトガンマ線反復爆発源の巨大フレアと整合的であるが、通常の硬いSGRフレアとは対照的に、軟らかなスペクトルを示している。