[論文レビュー] The Swift Burst Analyser I: BAT and XRT spectral and flux evolution of Gamma Ray Bursts

P. A. Evans, R. Willingale+10 more|Figshare|Apr 19, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 13被引用数 77

ひとこと要約

本論文では、スペクトル進化を硬さ比と時間に依存するフラックス変換係数を用いて補正することで、SwiftのBATおよびXRTのカウントレート光曲線を正確なフラックス光曲線に変換するツール「Swift Burst Analyser」を提示する。主な貢献は、すべてのSwift観測GRBについて、3つのエネルギー帯（0.3–10 keV、15–50 keV、10 keVでのフラックス密度）における、進化に配慮したフラックス光曲線を自動で更新するオンラインリポジトリを提供することであり、理論的モデルとのより正確な比較を可能にする。

ABSTRACT

Context: Gamma Ray Burst models predict the broadband spectral evolution and the temporal evolution of the energy flux. In contrast, standard data analysis tools and data repositories provide count-rate data, or use single flux conversion factors for all of the data, neglecting spectral evolution. Aims: To produce Swift BAT and XRT light curves in flux units, where the spectral evolution is accounted for. Methods: We have developed software to use the hardness ratio information to track spectral evolution of GRBs, and thus to convert the count-rate light curves from the BAT and XRT instruments on Swift into accurate, evolution-aware flux light curves. Results: The Swift Burst Analyser website (http://www.swift.ac.uk/burst_analyser) contains BAT, XRT and combined BAT-XRT flux light curves in three energy regimes for all GRBs observed by the Swift satellite. These light curves are automatically built and updated when data become available, are presented in graphical and plain-text format, and are available for download and use in research.

研究の動機と目的

• 固定されたフラックス変換係数を使用する従来のデータツールが、GRB光曲線におけるスペクトル進化を無視するという制限に対処すること。
• フラックスとスペクトル進化を予測する理論的GRBモデルと、観測データの正確な比較を可能にすること。
• SwiftのBATおよびXRT機器を用いて、複数のエネルギー帯で統一的かつ自動的にフラックス光曲線を生成するシステムを提供すること。
• カウントレートデータでは隠れていた、急速減衰段階や後光の立ち上がりといった特徴を明らかにすることで、後光行動の研究を促進すること。
• Swiftが観測した全GRB群のフラックス光曲線を、公開可能で動的に更新されるリポジトリとして提供すること。

提案手法

• BATおよびXRTのカウントレートから導出される硬さ比を用いて、リアルタイムでスペクトル進化を追跡する。
• 硬さ比から時間に依存するカウント→フラックス変換係数およびスペクトル光子指数（Γ）を求めるための照合表を作成する（パワー則およびカットオフパワー則モデルを想定）。
• 変換係数推定の精度を向上させるために、（例：log(HR)またはHRに基づく空間など）変換された位相空間での線形補間を適用する。
• 1σ限界値の補間を用いて、硬さ比の誤差からフラックス変換係数およびΓ値への誤差を伝搬する。
• 低カウントデータの場合、スペクトル進化の仮定を避けるために、1つのスペクトルを用いて変換係数とΓを推定する。
• 時間に応じて変化する変換係数を用いて、3つのエネルギー帯（0.3–10 keV、15–50 keV、10 keVでのフラックス密度）におけるフラックス光曲線を自動的に生成・更新する。

Figure 1: An example of a flux density light curve from the Burst Analyser. The spectrally-evolving BAT-XRT flux light curve of GRB 061121, is shown as unabsorbed flux density at 10 keV; the lower panel shows the evolution of the photon index of the power-law spectrum. The last 3 BAT data points suf

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カウントレートデータを用いる場合、スペクトル進化がGRB光曲線の解釈にどのように影響を与えるか。
• RQ2 スペクトル進化を考慮することで、カウントレート光曲線では隠れていた物理的特徴（例：後光の立ち上がり、急激な減衰段階）がどの程度明らかになるか。
• RQ3 BATおよびXRTのカウントレート光曲線を、全Swift GRBサンプルにわたって、体系的かつ自動的に進化に配慮したフラックス光曲線に変換する方法を開発可能か。
• RQ4 時間に依存するフラックス変換係数を用いることで、GRB 060729で観測されたような極端な減衰段階において、得られるフラックス進化にどのような影響を与えるか。
• RQ5 本手法で得られるフラックス光曲線は、従来の非進化型フラックス曲線と比較して、物理的洞察力およびデータの忠実度においてどのように異なるか。

主な発見

• Swift Burst Analyserは、BATおよびXRTデータの自動処理を用いて、Swiftが観測した全GRBに対して、進化に配慮したフラックス光曲線を正常に生成した。
• スペクトル進化を考慮することで、GRB 060729の急速減衰段階におけるフラックスの低下が、カウントレートデータよりも急激であることが明らかになり、後光の立ち上がりの識別がより明確になった。
• 固定された変換係数に代えて、硬さ比から導出された時間に依存する係数を用いることで、フラックス解釈の曖昧さが低減された。
• 本ツールは、3つのエネルギー帯（0.3–10 keV、15–50 keV、10 keVでのフラックス密度）におけるフラックス光曲線を提供し、各GRBのスペクトル指数（Γ）の進化も併記している。
• システムは完全に自動化されており、新規データが入手されるたびに光曲線が更新され、http://www.swift.ac.uk/burst_analyser で公開可能である。
• 変換に用いる照合表は、XSPECモデル（パワー則およびカットオフパワー則）に基づき、効率的な補間を可能にするために事前に計算済みである。

Figure 2: The flux density light curve of GRB 060729 from the Burst Analyser. Accounting for spectral evolution shows the flux decline during the steep decay to be more rapid than in count space, and reveals the turn-on of the afterglow.