[論文レビュー] The search for possible mesolensing of cosmic gamma-ray bursts. Double and triple bursts in BATSE catalogue

O. S. Ougolnikov|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2001

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、BATSEカタログを用いて、宇宙線ガンマ線バーストにおけるメゾレンズ効果の兆候を探索し、質量約10⁶ M☉の恒星集団による重力レンズ効果が、時間遅れを伴い、スペクトル的に類似した2重または3重のバーストを生じうると提案している。11件のメゾレンズ候補バーストが特定され、特にGRB 911006は、3成分構造の光曲線と近接する明るい銀河の存在により、最も強力な候補とされている。

ABSTRACT

The work is devoted to the search for possible effect of gravitational lensing on the objects like globular stellar clusters (mesolensing) on the lightcurves and spectra of large number of gamma-ray bursts from BATSE catalogue. The general properties and different types of such event were considered. As the result 11 possibly mesolensed gamma-ray bursts were found. The properties of possible mesolensed are investigated.

研究の動機と目的

• 銀河団や類似の高質量天体によるメゾレンズ（重力レンズ）が、宇宙ガンマ線バーストに与える影響を調査すること。
• BATSEカタログ内に、メゾレンズと整合する時間遅れを伴い、スペクトル的特徴が類似した2重または3重バーストが存在するかを特定すること。
• 数秒の時間遅れを伴う相関するバースト成分を説明するメゾレンズの妥当性を評価すること。
• 時間遅れと明るさ比を用いて、候補イベントのレンズパラメータ（質量、赤方偏移、配置）を評価すること。
• メゾレンズがガンマ線バーストの銀河外起源を間接的に示す証拠として機能しうるかを検討すること。

提案手法

• 時間遅れと明るさ比の分析を適用し、類似した光曲線とスペクトルを持つ2重または3重バーストを同定した。
• 時間遅れの式 Δt = (2GM(1+zL)/c³)[(K−1)/√K + ln K] を用いて、観測された時間遅れと増幅比をレンズ質量に関連づけた。
• 点質量レンズ仮定の妥当性を検証するため、エインシュタイン半径と銀河団の潮汐半径を比較し、「遠方」および「近接」メゾレンズ状態を定義した。
• 銀河団の拡張した質量分布を考慮するため、キング密度分布を用いて近接メゾレンズをモデル化した。
• 正規化されたフラックス成分に対する χ² テストを実施し、レンズモデルとの整合性を評価した。
• レンズ幾何学的配置を制限するため、Ξ = (t₂−t₁)/(t₃−t₂) の比を評価し、3像配置の理論的予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BATSEカタログ内の2重または3重ガンマ線バーストが、銀河団によるメゾレンズと整合する時間遅れを伴い、スペクトル的に類似した成分を示すことは可能か？
• RQ2 観測された時間遅れと明るさ比から、候補イベントに想定されるレンズパラメータ（質量、赤方偏移、配置）は何か？
• RQ3 候補バーストの時間遅れ分布が、銀河団のような拡張した質量分布によるメゾレンズの予測と一致するか？
• RQ4 GRB 911006 や GRB 930430B などの3重バーストで一貫したメゾレンズパラメータ（g, y, xt）が得られないのは、キング分布からの逸脱や追加のマイクロレンズ効果によるものと説明できるか？
• RQ5 メゾレンズは、観測されたバースト成分の相関を説明する有効な説明であるとみなせるか？また、それはガンマ線バーストの銀河外起源を支持するものか？

主な発見

• 時間遅れが数秒程度で、スペクトル形状が類似した2重または3重の光曲線成分を示すガンマ線バーストが11件、メゾレンズ候補として同定された。
• GRB 911006 は、明るさの順に減少する3成分構造の光曲線と、誤差ボックスから10′以内に位置する明るい銀河（NGC 641）との近接性から、最も有望な候補とされた。
• 2重バーストでは、明るい成分が常に最初に到着しており、質量約10⁶ M☉の点質量レンズによる遠方メゾレンズと整合的である。
• 時間遅れと明るさ比の分析から、GRB 911006 では第1成分と第2成分の間に4.736秒、第2成分と第3成分の間に6.144秒の時間遅れが得られた。
• キング分布モデル下で、3重バーストのGRB 911006 および GRB 930430B に対して一貫したメゾレンズパラメータ（g, y, xt）は得られなかった。これは、標準的な集団密度分布からの逸脱やマイクロレンズ効果の可能性を示唆している。
• 本研究は、代替説が乏しく、高赤方偏移における高質量メゾレンズの可能性を考慮すると、メゾレンズが一部の2重および3重バーストの説明として依然として妥当であると結論づけた。