[논문 리뷰] Mildly relativistic X-ray transient 080109 and SN2008D: Towards a continuum from energetic GRB/XRF to ordinary Ibc SN

D. Xu, Yuan-Chuan Zou외 1명|ArXiv.org|2008. 01. 28.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 X선 일시적 현상 080109/SN 2008D가 에너지가 큰 감마선 폭발(GRBs)/X선 플레시(이하 XRFs)와 일반적인 Ibc 초신성 사이의 전이 단계를 나타내며, 운동 에너지가 약 10⁴⁶ 에르그, 속도가 약간 상대성 속도(Γ ~ few)인 유동에 의해 이끌린다고 제안한다. 초기 X선 방출은 밀도가 높은 바람 환경에서 발생하는 반대파면(shock)에 기인하고, 후기 X선의 평탄한 경향은 감속되지 않은 초신성의 물질 분출에 의해 공급되며, 이는 상대성 GRB에서 비상대성 Ibc 초신성으로 이르는 연속적인 사건의 스펙트럼을 시사한다.

ABSTRACT

We analyze the hitherto available space-based X-ray data as well as ground-based optical data of the X-ray transient 080109/SN2008D. From the data we suggest that (i) The initial transient (\lesssim 800 sec) is attributed to the reverse shock emission of a mildly relativistic (Γ\sim a few) outflow stalled by the dense stellar wind. (ii) The subsequent X-ray afterglow (\lesssim 2 imes 10^4 sec) can be ascribed to the forward shock emission of the outflow, with a kinetic energy \sim 10^{46} erg, when sweeping up the stellar wind medium. (iii) The late X-ray flattening (\gtrsim 2 imes 10^4$ sec) is powered by the fastest non-decelerated component of SN2008D's ejecta. (iv) The local event rate of X-ray transient has a lower limit of \sim 1.6 imes 10^4 yr^{-1} Gpc^{-3}, indicating a vast majority of X-ray transients have a wide opening angle of \gtrsim 100 degree. The off-axis viewing model is less likely. (v) Transient 080109/SN2008D may lead to a continuum from GRB-SN to under-luminous GRB-/XRF-SN to X-ray transient-SN and to ordinary Ibc SN (if not every Ibc SN has a relativistic jet), as shown in Figure 2 of this Letter.

연구 동기 및 목표

• 에너지가 큰 감마선 폭발(GRBs)/X선 플레시(XRFs)에서 일반적인 Ibc 초신성으로 이르는 진화적 순서에서 X선 일시적 현상 080109/SN 2008D의 성격과 위치를 이해하는 것.
• 이 현상의 X선 방출의 물리적 기원과 초신성 폭발과의 연관성을 규명하는 것.
• 유동의 에너지, 루프터츠 인자(Lorentz factor), 조리개 각도를 제약하고, 이들이 GRB-초신성 연결성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 이러한 약간 상대성 속도를 갖는 일시적 현상의 국지적 발생률을 추정하고, 그 비추상성 및 빔 형성 특성을 유추하는 것.
• 모든 Ibc 초신성에서 준-자기류(outburst)가 존재할 수 있는지 확인하고, 핵붕괴 사건의 연속 스펙트럼을 설정하는 것.

제안 방법

• 우주 기반 X선(스위프트/XRT) 및 지상 기반 옵티컬(VLT/FORS2) 데이터를 분석하여 080109/SN 2008D의 광도 곡선과 스펙트럼을 특성화함.
• 약간 상대성 속도를 갖는 유동(Γ ~ few)이 항성 바람 매질에서 감속되는 경우를 고려하여 초기 X선 광도 곡선을 반대파면 모델로 피팅.
• X선 후광을 바람으로 구성된 매질에서의 전방파면 방출로 모델링하고, 표준 동기복사 충격 모델을 사용하여 εₑ, εB, A* 등의 매개변수를 적용.
• 스펙트럼 피팅을 통해 거듭제곱 법칙과 블랙바디 모델을 비교하고, 거듭제곱 법칙(Γ = 2.3 ± 0.2, NH = 7.6 × 10²¹ cm⁻²)을 선호함.
• 일정한 β를 가정하고, 동기복사 자기흡수 및 냉각점 모델을 사용하여 전파 후광의 피크 시점과 세기를 추정함. 이때 νm < νradio < νa < νc 조건을 적용함.
• 관측된 부피 제한적 설문조사에서의 발생률을 기반으로 국지적 사건 발생률의 하한을 계산하여 약 1.6 × 10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³을 도출함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X선 일시적 현상 080109의 물리적 기원은 무엇이며, SN 2008D 폭발과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 이 현상은 GRB/XRF와 일반적인 Ibc 초신성 사이의 전이 단계를 나타내는가? 이를 뒷받침하는 증거는 무엇인가?
• RQ3 유동의 운동 에너지, 루프터츠 인자, 조리개 각도는 무엇이며, GRB와 XRF와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 상대성 GRB에서 약간 상대성 속도를 갖는 일시적 현상, 비상대성 Ibc 초신성으로 이르는 핵붕괴 사건의 연속 분포가 존재하는가?
• RQ5 모든 Ibc 초신성에서 준-자기류가 존재하는가? 만약 그렇다면, 상대성에서 약간 상대성, 비상대성으로의 전이를 결정짓는 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 초기 X선 일시적 현상(≤800 s)은 밀도가 높은 항성 바람에 멈춰선 약간 상대성 속도를 갖는 유동(Γ ~ few)에서 발생하는 반대파면 방출로 가장 잘 설명된다.
• X선 후광(≤2×10⁴ s)은 전방파면 방출과 일치하며, 약 10⁴⁶ 에르그의 운동 에너지를 지닌다. 이는 바람 매질을 뚫고 가는 데 기여한다.
• 후기 X선 평탄한 경향(≥2×10⁴ s)은 SN 2008D의 분출물 중 가장 빠른, 감속되지 않은 성분에 의해 공급된다.
• 이러한 X선 일시적 현상의 국지적 발생률은 하한이 약 1.6×10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³이며, 대부분의 사건에서 최소 100° 이상의 넓은 조리개 각도를 시사한다.
• 이 현상의 빔 보정된 에너지는 약 5×10⁴⁵ 에르그이며, 일직선 방향 모델은 비측면 관측이 원인이라는 것을 배제한다.
• 결과는 GRB/XRF에서 X선 일시적 현상, 일반적인 Ibc 초신성으로 이르는 연속적인 스펙트럼을 지지하며, 에너지 감소와 함께 조리개 각도 증가, 방출 에너지와 조리개 각도 사이에 음의 상관관계가 있음을 시사한다.