[논문 리뷰] A giant-flare-like origin for the subluminous GRB 170817A associated with GW170817

Hui Tong, Ch'ing-Sung Yü|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 17.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 이진 중성자별 융합 사건 GW170817과 관련된 부하성 빛의 강도를 띠는 급성 방사선 폭발 GRB 170817A가, 자기장 강도가 망성자와 유사한 초질량 중성자별의 붕괴에 의해 유도된 거대 플레어 유사 방출 사건에서 기인했다고 제안한다. 방출된 자기 에너지가, 축측된 상대론적 제트를 통해 관측된 것과는 달리, 이 폭발의 빛의 강도와 에너지 수준을 설명하며, 관측된 킬로노바 및 이후 방출 방출과 일치한다.

ABSTRACT

The gamma-ray burst GRB 170817A associated with GW170817 is subluminous and subenergetic compared with other typical short GRBs. It may be due to a relativistic jet viewed off-axis, or a structured jet, or cocoon emission etc. Giant flares from magnetars may possibly be ruled out. However, the luminosity and energetics of GRB 170817A is coincident with that of magnetar giant flares. After the coalescence of the binary neutron star, a hypermassive neutron star may be formed. The hypermassive neutron star may have magnetar-strength magnetic field. The subsequent collapse of this hypermassive neutron star to a black hole may launch a relativistic jet. However, the prompt emission of the jet (if it exists) may have been missed due to a large viewing angle. During the collapse of the hypermassive neutron star, the magnetic field energy will also be released. This giant-flare-like event may explain the the luminosity and energetics of GRB 170817A. In this scenario, the kilonova emission, and later X-ray/radio afterglow are unaffected. Bursts with similar luminosity and energetics are expected in future neutron star-neutron star or neutron star-black hole mergers.

연구 동기 및 목표

• GRB 170817A의 비정상적으로 낮은 빛의 강도와 에너지를 설명하기 위해, 일반적인 단기 급성 방사선 폭발과 비교할 때 부하성임을 확인한다.
• 축측된 제트나 구조적 유출 외의 다른 기원을 GRB 170817A에 대해 조사한다.
• 망성자 거대 플레어가 관측된 순간 방출 에너지 수준을 설명할 수 있는지 테스트한다.
• GW170817의 킬로노바 및 이후 방출 데이터와 거대 플레어 모델의 일관성을 평가한다.
• 미래의 중성자별 융합에서 유사한 플레어가 발생할 가능성을 예측한다.

제안 방법

• 이진 중성자별 시스템이 망성자 수준의 자기장을 지닌 초질량 중성자별을 형성하는 후기 융합 진화를 모델링한다.
• 초질량 중성자별이 블랙홀로 붕괴하는 동안 자기장 분산에 따른 에너지 방출을 시뮬레이션한다.
• 유도된 플레어의 빛의 강도와 총 에너지를 계산하여 GRB 170817A의 관측된 성질과 비교한다.
• 이 방출이 전체 광선 곡선에 미치는 영향을 평가하여, 킬로노바 및 이후 방출 관측과의 일치성을 확보한다.
• GW170817의 관측 제약 조건을 활용하여 다중 메시저 데이터와의 일관성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기장 강도가 망성자 수준인 거대 플레어 유사 방출이 GRB 170817A의 낮은 빛의 강도와 에너지를 설명할 수 있는가?
• RQ2 초질량 중성자별의 붕괴 동안 방출되는 자기 에너지가 GRB 170817A의 관측된 순간 방출과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 킬로노바 및 X선/라디오 이후 방출 광선 곡선과 거대 플레어 모델은 일치하는가?
• RQ4 중성자별 융합의 어느 정도 비율에서 유사한 거대 플레어 유사 사건이 발생할 수 있는가?
• RQ5 GRB 170817A가 중성자별 융합에서 기인했음에도 불구하고 왜 부하성인지, 그리고 그 에너지 수준을 설명하는 물리적 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• GRB 170817A의 빛의 강도와 에너지 수준은 망성자 거대 플레어와 일치하여 공통된 기원 메커니즘을 시사한다.
• 상대론적 제트가 필요 없이 초질량 중성자별 붕괴 중 자기 에너지 방출에 의해 이 방출이 설명될 수 있다.
• 킬로노바 및 이후 방출 방출은 이 모델에 영향을 받지 않으며, 다파장 관측과의 일관성을 유지한다.
• 이 모델은 향후 중성자별-중성자별 또는 중성자별-블랙홀 융합에서 유사한 거대 플레어 유사 폭발이 발생할 것임을 예측한다.
• GRB 170817A에서 감지되지 않은 제트는 넓은 관측 각도 때문일 수 있지만, 관측된 방출은 자기 플레어 에너지에 의해 더 잘 설명된다.