[論文レビュー] The Progenitors of Short-Hard Gamma-Ray Bursts from an Extended Sample of Events

A. Gal‐Yam, Ehud Nakar+12 more|Sep 29, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 8被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、光学およびX線観測を用いて、既知の宿主銀河または赤方偏移を有する短時間硬発光パルス（SHB）のサンプルを拡大し、2つの新たな可能性のある宿主を同定した。また、SHBの前身星は通常、Ia超新星の前身星よりも古く、中央値として数十億年もの寿命を持つことが確認された。この結果は、標準の中性子星合体モデルが短い遅延時間を予測するのに対し、矛盾しており、SHBは主に古く、赤方偏移が中程度の銀河団に宿されていることを示唆している。

ABSTRACT

The detection of the afterglow emission and host galaxies of short-hard gamma-ray bursts (SHBs) is one of the most exciting recent astronomical discoveries. Indications that SHB progenitors belong to old stellar populations, in contrast to those of the long-soft GRBs, provide a strong clue about their physical nature. Definitive conclusions however are limited by the small number of SHBs with known hosts. Here, we present our investigation of SHBs previously localized by the interplanetary network (IPN) using new and archival optical and X-ray observations. We show that we can likely identify the host galaxies/clusters for additional two bursts, significantly increasing the sample of SHBs with known hosts and/or distances. In particular, we determine that the bright SHB 790613 occurred within the rich galaxy cluster Abell 1892, making it probably the nearest SHB currently known. We show that the brightest galaxy within the error box of SHB 000607, at z=0.14, is most likely the host galaxy of this event. Additionally, we rule out the existence of galaxy overdensities (down to ~21mag) near the locations of two other SHBs, and set a lower limit on their probable redshift. We combine our SHB sample with events discovered recently by the Swift and HETE-2 missions, and investigate the properties of the extended sample. Comparison to SNe Ia shows that the progenitors of SHBs are typically older, implying a typical life time of several Gy. We also show that it is unlikely that there is a significant population of progenitors with life time shorter than 1Gy. This result disfavors the popular model of NS-NS mergers as the progenitors of SHBs.

研究の動機と目的

• 局所化が限られた短時間硬発光パルス（SHB）の宿主銀河または宿主銀河団を特定・確認すること。
• 宿主銀河のタイプと赤方偏移を分析することで、SHBの典型的な前身星年齢を特定すること。
• 観測的制約と照らし合わせて、中性子星合体モデルがSHBの前身星に適しているかどうかを検証すること。
• 長寿命の前身星がSHBの赤方偏移分布および重力波対応物の検出可能性に与える影響を評価すること。

提案手法

• SHBのインタープランネッティッド・ネットワーク（IPN）誤差ボックス内に宿主銀河または銀河団が存在するかを、新規およびアーカイブの光学およびX線観測を用いて探索した。
• 赤方偏移の一致や、r ≈ 21等まで達する銀河の過密度検出を含む、宿主銀河の関連確率を評価する統計的分析を実施した。
• 拡張されたSHBサンプルをスイフトおよびHETE-2のイベントと組み合わせ、宿主銀河のタイプと赤方偏移分布を分析した。
• 明確な宿主関連がないSHBについて、銀河の過密度が検出されないことを根拠に、赤方偏移の下限を計算した。
• 観測されたSHBの赤方偏移および宿主銀河タイプの分布を、中性子星合体モデルの予測と星形成歴史と照らし合わせた。
• 階層的銀河形成モデルを用いて、中程度の赤方偏移における銀河団環境の好ましさを解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宿主銀河の性質と赤方偏移に基づいて、SHBの前身星の典型的な年齢は何か？
• RQ2 多波長フォローアップを用いて、以前に局所化されていなかったSHBの宿主銀河または銀河団を同定できるか？
• RQ3 中性子星合体モデルは、観測されたSHBの赤方偏移および宿主銀河タイプの分布と整合的か？
• RQ4 長寿命の前身星が、予想されるSHBの赤方偏移分布および集積性に与える影響は何か？
• RQ5 局所SHB率は以前の推定値と比較してどうなっており、重力波検出にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 明るいSHB 790613は、非常に豊富な銀河団アベル1892内に発生した可能性が極めて高く、z ≈ 0.1405の近距離で知られる最も近いSHBである。
• SHB 000607の誤差ボックス内にある、z = 0.1405の最も明るい銀河は、高い統計的有意性でその宿主と確認された。
• SHBの前身星は通常、Ia超新星の前身星よりも古く、中央値として数十億年もの寿命を持つことが判明した。これは、約10億年程度の短い遅延時間を予測する標準モデルとは整合しない。
• 観測されたSHBの赤方偏移分布は、短命な前身星を多く予測する標準の中性子星合体モデルとは矛盾している。
• サンプルから、z ≈ 0.5以上のSHBは、古く、高密度の銀河団に集中する傾向があると考えられる。
• 局所SHB率は>10 Gpc⁻³ yr⁻¹と推定され、以前の推定値よりも顕著に高く、アドバンスド・リゴによる重力波検出の可能性を高めている。