[論文レビュー] The supernovae associated with gamma-ray bursts

D. Bersier|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 24被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、長期間継続するガンマ線バースト（GRBs）と広線幅型Ic型超新星（SNe Ic-BL）の確立された関連性をレビューし、分光的および光度的証拠を通じて、GRBsが質量が大きく、外層が剥がれた星のコアコリジョン爆発によって駆動されていることを示している。主な貢献は、GRBに関連するSNeが通常のSNe Icよりもエネルギーが高く、明るく、速やかであるという観測データの統合であり、運動エネルギーは2–60×10⁵¹ erg、⁵⁶Ni質量は0.1–0.7 M☉であり、近接するSNeにおける「失敗した」SNeおよびジェット特徴を検出するための多波長モニタリングの重要性を強調している。

ABSTRACT

The connection between long GRBs and supernovae is now well established. I briefly review the evidence in favor of this connection and summarise where we are observationally. I also use a few events to exemplify what should be done and what type of data are needed. I also look at what we can learn from looking at SNe not associated with GRBs and see how GRBs fit into the broad picture of stellar explosions.

研究の動機と目的

• 長期間継続するガンマ線バースト（GRBs）と広線幅型Ic型超新星（SNe Ic-BL）の間の観測的証拠を要約すること。
• GRBに関連するSNeに関する現在の観測データの状態を、分光的および光度的特徴を含めて評価すること。
• GRBと関連しないSNeを研究することで、GRBの前身星がより広範な星の爆発の集団内での位置づけを理解する手がかりを得ること。
• 低赤方偏移GRBsおよびSNeの長期的で多波長のモニタリングが、『失敗した』SNeおよび等方的放射ジェットを検出する上で重要であることを強調すること。

提案手法

• GRB後の輝光の時系列分光観測を分析し、特に広い線および水素・ヘリウムの欠如を示すSNe Ic-BLを明確に特定する。
• 多バンド光度測定を用いて、SNe発光曲線の盛り上がりをSNe 1998bwに類似したテンプレートに適合させ、時間伸縮および輝度補正を施す。
• 光度曲線および分光観測の解析的・モデル化手法を用いて、爆発パラメータ（運動エネルギーEₖ、噴出物質量Mₑⱼ、⁵⁶Ni質量）を導出する。
• 金属量、形状、空間的集中度に注目して、GRB宿主銀河とSNe環境を、局所のSNe Icと比較する。
• 近接SNeの電波モニタリングを用いて、等方的後光放出を検出し、γ線で検出されなかった『隠れた』GRBsを同定する。
• 光学スカイサーベイ（例：PTF、Pan-STARRS）のデータとGRBフォローアップを統合し、質量星の爆発およびGRB前身星の多様性をより深く理解すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長期間継続するGRBsと広線幅型Ic型超新星との間の関連性を裏付ける観測的証拠は何か？
• RQ2 GRBに関連するSNeの爆発パラメータ（運動エネルギー、噴出物質量、⁵⁶Ni質量）は、通常のSNe Icと比べてどう異なるか？
• RQ3 一部のGRBsは検出可能なSNeと関連しているが、他のGRBsはSNeの痕跡を示さないのはなぜか？これは前身星の多様性に何を示唆するか？
• RQ4 近接SNeの電波モニタリングは、地球に向けて高エネルギー放射を発しない『失敗した』GRBsを特定できるか？
• RQ5 GRBの宿主銀河環境は、通常のSNe Icと比べてどう異なるか？これは前身星の環境条件をどのように明らかにするか？

主な発見

• 長期間継続するGRBsとSNe Ic-BLの関連性は、現在、確立されたものとなっており、GRB030329（SN 2003dh）やGRB060218（SN 2006aj）の例で分光的証拠が確認されている。
• GRBに関連するSNeは、通常のSNe Icよりも高い運動エネルギー（2–60×10⁵¹ erg）、大きな噴出物質量（2–13 M☉）、および高い⁵⁶Ni質量（0.1–0.7 M☉）を示している。
• GRB後の輝光の発光曲線に見られる盛り上がりは、SNe 1998bwのテンプレートに適合しやすく、SNeの存在を示す強い光度的証拠を提供するが、分光観測ほど信頼性は高くない。
• 高品質なデータにもかかわらず、多数のGRBs（例：GRB070419A、GRB060614）は検出可能なSNeの痕跡を示さないことがあり、これは『失敗した』SNeまたはジェットの向きのずれを示唆している。
• SN 2009bb や SN 2007gr といった近接SNeの電波モニタリングにより、等方的後光放出が検出され、γ線で検出されなかった『隠れた』GRBsが同定された。
• GRBの宿主銀河は一般的に低光度で不規則形で金属量が少なく、SNe Ic-BLおよびGRB前身星が低金属量環境を好む傾向と整合的である。