[논문 리뷰] GRB 990510: linearly polarized radiation from a fireball

S. Covino, Davide Lazzati외 13명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 18.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 감마선 폭발 GRB 990510의 광학 후광에서 선형 편광을 처음으로 관측하였으며, 폭발 후 약 18.5시간에 R 대역에서 1.7% ± 0.2%의 값을 측정하였다. 이 결과는 후광의 원인이 싱크로트론 복사임을 지지하며, 화염공에서 자기장 기하학을 제약하고, 먼지에 의한 편광을 배제한다.

ABSTRACT

Models for gamma-ray burst afterglows envisage an hyper-relativistic fireball that is decelerated in the ambient medium around the explosion site. This interaction produces a shock wave which amplifies the magnetic field and accelerates electrons to relativistic energies, setting the conditions for an efficient production of synchrotron photons. If produced in a region of large-scale ordered magnetic field, synchrotron radiation can be highly polarized. The optical transient associated with GRB 990510 was observed ~18.5 hr after the event and linear polarization in the R band was measured at a level of 1.7 +/- 0.2 %. This is the first detection of linear polarization in the optical afterglow of a gamma-ray burst. We exclude that this polarization is due to dust in the interstellar material, either in our Galaxy or in the host galaxy of the gamma-ray burst. These results provide important new evidence in favor of the synchrotron origin of the afterglow emission, and constrains the geometry of the fireball and/or magnetic field lines.

연구 동기 및 목표

• GRB 990510의 광학 후광 복사 기원을 편광 측정을 통해 규명하기 위해.
• 관측된 편광이 은하수 또는 주계성계의 간성 먼지에 의해 기인한 것인지 테스트하기 위해.
• 편광의 결과가 화염공의 기하학과 자기장 구조에 미치는 영향를 평가하기 위해.
• 감마선 폭발 후광에 대한 싱크로트론 복사 모델을 뒷받침하는 관측적 증거를 제공하기 위해.

제안 방법

• GRB 990510의 후광에 대해 폭발 후 약 18.5시간에 광학 편광 측정을 수행하였다.
• 지상 천체망원경을 이용한 편광 장치를 통해 R 대역에서 측정을 실시하였다.
• 수직으로 배열된 투과 편광판을 통과하는 빛의 강도를 비교하여 편광 수준을 결정하였다.
• 관측된 편광을 간성 먼지에 의한 편광 모델과 비교하여 은하간 매질 영향을 배제하였다.
• 정렬된 자기장을 가진 상대론적 화염공에서의 싱크로트론 복사 이론 모델을 사용하여 결과를 해석하였다.
• 관측된 편광도와 방향을 바탕으로 자기장 기하학에 대한 제약 조건을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRB 990510의 광학 후광은 선형 편광을 보이며, 만약 그렇다면 그 정도는 어느 수준인가?
• RQ2 관측된 편광은 은하수 또는 주계성계의 간성 먼지에 기인한 것일 수 있는가?
• RQ3 측정된 편광은 감마선 폭발 후광에 대한 싱크로트론 복사 모델을 지지하는가?
• RQ4 편광 측정은 화염공의 기하학과 자기장 구조에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• GRB 990510의 광학 후광은 R 대역에서 1.7% ± 0.2%의 선형 편광을 나타내었다.
• 측정된 편광은 은하수 또는 폭발의 주계성계 내 간성 먼지 기여와 일치하지 않는다.
• 이 관측은 후광 복사의 기원으로 싱크로트론 복사 메커니즘이 강력히 지지됨을 보여준다.
• 편광 수준은 환기 영역에서 대규모의 정렬된 자기장이 존재함을 지지하는 기하학적 제약을 제공한다.