[논문 리뷰] CHIME/FRB Detection of Eight New Repeating Fast Radio Burst Sources

Chime, Bridget C. Andersen외 55명|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 09.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 10인용 수 49

한 줄 요약

이 논문은 CHIME 망원경을 사용하여 분산 측정값(DM)이 103.5에서 1281 pc cm⁻³인 8개의 새로운 반복적인 패스트 라디오 불확실성(FRB) 소스를 발견했다. 이 소스들은 다양한 활동 수준을 보이며, 비반복적인 FRB보다 훨씬 넓은 붕괴 폭을 보여(p < 0.0001), 이는 별개의 방출 메커니즘을 시사하며, 향후 간섭계 현지화 및 은하계 주변 식별을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We report on the discovery of eight repeating fast radio burst (FRB) sources found using the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) telescope. These sources span a dispersion measure (DM) range of 103.5 to 1281 pc cm$^{-3}$. They display varying degrees of activity: six sources were detected twice, another three times, and one ten times. These eight repeating FRBs likely represent the bright and/or high-rate end of a distribution of infrequently repeating sources. For all sources, we determine sky coordinates with uncertainties of $\sim$10$^\prime$. FRB 180916.J0158+65 has a burst-averaged DM = $349.2 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$ and a low DM excess over the modelled Galactic maximum (as low as $\sim$20 pc cm$^{-3}$); this source also has a Faraday rotation measure (RM) of $-114.6 \pm 0.6$ rad m$^{-2}$, much lower than the RM measured for FRB 121102. FRB 181030.J1054+73 has the lowest DM for a repeater, $103.5 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$, with a DM excess of $\sim$ 70 pc cm$^{-3}$. Both sources are interesting targets for multi-wavelength follow-up due to their apparent proximity. The DM distribution of our repeater sample is statistically indistinguishable from that of the first 12 CHIME/FRB sources that have not repeated. We find, with 4$\sigma$ significance, that repeater bursts are generally wider than those of CHIME/FRB bursts that have not repeated, suggesting different emission mechanisms. Our repeater events show complex morphologies that are reminiscent of the first two discovered repeating FRBs. The repetitive behavior of these sources will enable interferometric localizations and subsequent host galaxy identifications.

연구 동기 및 목표

• CHIME의 고시간 해상도 조사 능력을 활용하여 새로운 반복적인 패스트 라디오 불확실성(FRB) 소스를 식별하고 특성화하는 것.
• 비반복적인 소스들과 비교하여 반복적인 FRB에서의 분산 측정값(DM)과 DM 초과의 분포를 규명하는 것.
• 반복적 및 비반복적 FRB 간의 붕괴 형태와 폭의 차이를 조사하여 별개의 방출 메커니즘을 추론하는 것.
• 반복적인 FRB 활동 탐지를 통해 향후 간섭계 현지화 및 은하계 식별을 가능하게 하는 것.
• 최근 발견된 반복적인 FRB 소스의 파라데이 회전 측정값(RM)과 하늘 위치 정밀도를 평가하는 것.

제안 방법

• 연속적이고 고시간 해상도의 은하계 천체를 조사하기 위해 캐나다 수소 강도 매핑 실험(CHIME) 망원경을 사용하였다.
• 원시 조사 데이터에서 주기적 및 반복적인 FRB 후보를 식별하기 위해 다이내믹 스펙트럼 분석 및 붕괴 탐지 알고리즘을 적용하였다.
• 관측된 DM을 갤럭시 모델 예측과 비교하여 분산 측정값(DM)과 DM 초과를 계산하였다.
• 붕괴 신호의 편광 분석을 통해 파라데이 회전 측정값(RM)을 측정하여 자기장 환경 조건을 추론하였다.
• 간섭계 데이터에서 도착 시간 및 빔포밍 기법을 사용하여 하늘 위치 불확실성을 추정하였다.
• 4σ 유의수준 기준으로 반복적 및 비반복적 FRB 간의 붕괴 폭 분포를 통계적으로 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반복적인 FRB는 비반복적인 FRB와 비교하여 다른 붕괴 폭 분포를 보이는가?
• RQ2 최근 발견된 반복적인 FRB 소스의 분산 측정값(DM)과 DM 초과의 범위는 무엇인가?
• RQ3 FRB 121102와 같은 이전에 알려진 반복자들과 비교하여 반복적인 FRB의 파라데이 회전 측정값(RM)은 어떻게 다른가?
• RQ4 반복적인 FRB의 하늘 위치 정밀도를 향상시켜 간섭계 후속 조사 및 은하계 식별을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ5 최근 발견된 반복적인 FRB의 붕괴 방출 형태는 첫 두 개의 알려진 반복적인 FRB와 유사한가?

주요 결과

• 8개의 새로운 반복적인 FRB 소스가 탐지되었으며, 분산 측정값은 103.5에서 1281 pc cm⁻³ 사이였다.
• FRB 181030.J1054+73는 알려진 반복자들 중에서 가장 낮은 DM을 보이며, 103.5 ± 0.3 pc cm⁻³이었고, 약 70 pc cm⁻³의 DM 초과를 보였다.
• FRB 180916.J0158+65는 약 20 pc cm⁻³의 낮은 DM 초과와 -114.6 ± 0.6 rad m⁻²의 파라데이 RM을 보였으며, FRB 121102보다 현저히 낮았다.
• 반복적인 FRB 붕괴는 비반복적인 FRB 붕괴보다 통계적으로 넓었으며, 유의수준 4σ로 나타나 방출 메커니즘의 잠재적 차이를 시사한다.
• 8개의 새로운 반복자들의 DM 분포는 첫 12개의 비반복적인 CHIME/FRB 소스의 분포와 통계적으로 구별되지 않았다.
• 모든 소스의 하늘 위치 불확실성은 약 10 arcminutes였으며, 이는 향후 간섭계 현지화 및 은하계 식별을 가능하게 한다.