[論文レビュー] The spectral catalogue of INTEGRAL gamma-ray bursts: results of the joint IBIS/SPI spectral analysis

Ž. Bošnjak, D. Götz+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 44被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、2002年から2012年にかけて観測された59件のINTEGRALガンマ線バースト（GRBs）の包括的なスペクトルカタログを提示する。IBIS/SPIの共同データを用いて、15 keV〜10 MeVのエネルギー範囲でスペクトルパラメータを導出している。本研究では、新たなデータ抽出技術を導入し、54%のバーストでピークエネルギー（E_peak）の測定を可能にした。これは、従来のINTEGRAL研究と比較して顕著な向上であり、中央値E_peakは184 keVに達し、Fermi/GBMと整合的であるが、機器のエネルギー閾値の影響によりBATSEよりやや軟らかいスペクトルを示している。

ABSTRACT

We present the updated INTEGRAL catalogue of gamma-ray bursts (GRBs) observed between December 2002 and February 2012. The catalogue contains the spectral parameters for 59 GRBs localized by the INTEGRAL Burst Alert System (IBAS). We used the data from the two main instruments on board the INTEGRAL satellite: the spectrometer SPI (SPectrometer on INTEGRAL) nominally covering the energy range 18 keV - 8 MeV, and the imager IBIS (the Imager on Board the INTEGRAL Satellite) operating in the range from 15 keV to 10 MeV. For the spectral analysis we applied a new data extraction technique, developed in order to explore the energy regions of highest sensitivity for both instruments, SPI and IBIS. It allowed us to perform analysis of the GRB spectra over a broad energy range and to determine the bursts' spectral peak energies. The spectral analysis was performed on the whole sample of GRBs triggered by IBAS, including all the events observed in period December 2002 - February 2012. The catalogue contains the trigger times, burst coordinates, positional errors, durations and peak fluxes for 28 unpublished GRBs observed between September 2008 and February 2012. The light curves in 20 - 200 keV energy band of these events were derived using IBIS data. We compare the prompt emission properties of the INTEGRAL GRB sample with the BATSE and Fermi samples.

研究の動機と目的

• IBISおよびSPI両機器のデータを統合して、高感度な統一スペクトルカタログを構築すること。
• 従来のINTEGRAL GRB解析がIBISまたはSPIデータを単独で使用していた制限を克服し、スペクトルエネルギー範囲を広げ、パラメータの精度を向上させること。
• INTEGRAL GRBの性質をBATSEおよびFermi/GBMのサンプルと直接比較可能にし、機器に起因するバイアスを特定すること。
• 2008年9月から2012年2月にかけて観測された28件の未公表GRBについて、スペクトルおよび時間的パラメータを提供すること。
• INTEGRAL GRBの放射能（fluence）、継続時間（T90）およびスペクトル分布が、SwiftおよびFermiミッションのものと統計的に整合的であるかを評価すること。

提案手法

• IBIS（15–10 MeV）およびSPI（18 keV–8 MeV）の最高感度エネルギー範囲に最適化された新しいデータ抽出技術を適用し、広帯域スペクトル解析を可能にした。
• 応答関数の高エネルギー端での信頼性を向上させるために、スペクトルフィッティングにCash統計を用いた。
• Band関数およびカットオフ・パワーロー法モデルを用いて、時間積分スペクトルの共同フィッティングを実施した。
• 28件の未公表GRBについて、IBISデータを用いて20–200 keVバンドでの光度曲線および継続時間を導出した。
• INTEGRAL、BATSE、Fermi/GBMの各サンプル間でスペクトルパラメータ（E_peak、α、β）を比較し、機器バイアスの有無を評価した。
• INTEGRAL GRBサンプルの統計的性質を要約するため、中央値スペクトルパラメータおよび四分位範囲を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 INTEGRAL GRBサンプルにおけるスペクトルピークエネルギー（E_peak）の分布はどのようなものか。また、BATSEおよびFermi/GBMと比較してどう異なるか。
• RQ2 IBIS/SPI連合解析は、従来のINTEGRAL研究と比較して、E_peakの測定率をどの程度向上させたか。
• RQ3 INTEGRAL GRBの時間的性質（T90継続時間および放射能）は、Swift/BATおよびFermi/GBMのサンプルと比較してどう異なるか。
• RQ4 INTEGRALサンプルにおける低エネルギースペクトル指数（α）およびパワーロー指数（λ）は、BATSEおよびFermi/GBMのものと整合的か。
• RQ5 他のサンプルで確認されているように、INTEGRAL GRBの時間積分スペクトルにおいても、スペクトルパラメータ間の相関（例：α vs. E_peak）が成立するか。

主な発見

• IBIS/SPI連合解析により、59件のGRBのうち54%でE_peakの決定が可能になった。これは、従来のINTEGRAL研究（Vianello et al. 2009では16%）と比べ顕著な向上である。
• INTEGRALサンプルの中央値スペクトルピークエネルギー（E_peak）は184 keV、分散は±65 keV（四分位範囲）であり、Fermi/GBMと整合的であるが、BATSEの中央値約250 keVよりやや軟らかいスペクトルである。
• 中央値低エネルギースペクトル指数（α）は–1.01、分散は±0.28であり、Fermi/GBMおよびBATSEサンプルと整合的である。
• 単一パワーロー法フィットにおけるパワーロー指数（λ）の分布の中央値は–1.4であり、Fermi/GBMよりもやや硬いスペクトルを示すが、BATSEと整合的である。
• T90継続時間の分布は約30秒でピークを示し、Fermi/GBMと類似しているが、Swift/BATとは異なる。これは、同程度のトリガー時間スケール（数10秒）に起因する。
• INTEGRAL GRBの放射能分布は、INTEGRALの背景放射（ポイント指向の銀河中心観測に起因）による有効感度の低さを考慮しても、Swift/BATおよびFermi/GBMと統計的に整合的である。