[논문 리뷰] SCUBA sub-millimeter observations of gamma-ray bursters. I. GRB 970508, 971214, 980326, 980329, 980519, 980703

I. A. Smith, R. P. J. Tilanus외 8명|arXiv (Cornell University)|1998. 11. 02.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 처음으로 6개의 감마선 폭발(GRBs)에 대한 SCUBA의 마이크로미터 보다 작은 파장에서의 관측을 수행하였으며, GRB 980329의 경우 850 밀리미터에서 α = +0.9의 파wer-법 스펙트럼 지수를 가진 점점 흐려지는 마이크로미터 보다 작은 대응체를 검출하였다. 이 검출 결과는 높은 내재 빛의 밝기와 가능성이 있는 빔 형성(beaming)을 시사하며, 고적색 이동과 먼지 흡수로 인해 대응체가 빨간색으로 보일 수 있음을 설명할 수 있다.

ABSTRACT

We discuss the first results of our ongoing program of Target of Opportunity observations of gamma-ray bursts (GRBs) using the SCUBA instrument on the James Clerk Maxwell Telescope. We present the results for GRB 970508, 971214, 980326, 980329, 980519, and 980703. Our most important result to date is the detection of a fading counterpart to GRB 980329 at 850 microns. Although it proved to be difficult to find the infrared counterpart to this burst, the sub-millimeter flux was relatively bright. This indicates that intrinsically the brightness of this counterpart was very similar to GRB 970508. The radio through sub-millimeter spectrum of GRB 980329 is well fit by a power law with index alpha = +0.9. However, we cannot exclude a nu^(1/3) power law attenuated by synchrotron self-absorption. An alpha = +1 VLA-SCUBA power law spectrum is definitely ruled out for GRB 980703, and possibly also for GRB 980519. We cannot rule out that part of the sub-millimeter flux from GRB 980329 comes from a dusty star-forming galaxy at high redshift, such as the ones recently discovered by SCUBA. Any quiescent dust contribution will be much larger at sub-millimeter than at radio wavelengths. Both a high redshift and large dust extinction would help explain the reddening of the counterpart to GRB 980329, and a redshift of z = 5 has been suggested. The large intensity of this burst might then indicate that beaming is important.

연구 동기 및 목표

• 제임스 클락 매컬리 스코프에서 SCUBA를 사용하여 감마선 폭발의 마이크로미터 보다 작은 대응체를 탐지하고 특성화하기.
• 라디오에서 마이크로미터 보다 작은 파장에 이르기까지의 후광 발광의 성격을 조사하기.
• 고적색 이동을 겪는 먼지가 많은 별 형성 은하가 관측된 마이크로미터 보다 작은 복사에 기여할 수 있는지 판단하기.
• 빔 형성과 먼지 흡수의 역할이 GRB 후광의 관측된 성질을 설명하는 데 어떤 영향을 미치는지 평가하기.
• GRB 후광의 마이크로미터 보다 작은 대역에서의 파워-법 스펙트럼 지수를 배제하거나 제약 조건을 설정하기.

제안 방법

• 제임스 클락 매컬리 스코프의 SCUBA 기구를 사용하여 대상 기회 관측을 수행하였다.
• GRB 970508, 971214, 980326, 980329, 980519, 980703에 대해 850 밀리미터에서 마이크로미터 보다 작은 광도 측정을 수행하였다.
• 기존의 라디오(VLA) 및 적외선 데이터와 SCUBA 데이터를 융합하여 스펙트럼 에너지 분포를 구성하였다.
• 라디오에서 마이크로미터 보다 작은 스펙트럼 에너지 분포를 파워-법으로 피팅하고, 동기방출 자기흡수를 포함한 모델을 사용하였다.
• 유의미한 고적색 이동을 겪는 먼지가 많은 별 형성 은하에 의한 오염 가능성은 복사 밀도 비교를 통해 평가하였다.
• 스펙트럼 지수 제약 조건을 사용하여 특정 모델을 배제하였으며, 예를 들어 GRB 980703의 경우 α = +1 모델은 배제되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GRB 후광의 마이크로미터 보다 작은 복사 밀도는 얼마이며, 이는 파워-법 스펙트럼을 나타내는가?
• RQ2 관측된 마이크로미터 보다 작은 복사가 고적색 이동을 겪는 먼지가 많은 별 형성 은하에 기인할 수 있는가?
• RQ3 관측된 스펙트럼이 GRB 후광에서 동기방출 자기흡수의 존재에 대해 어떤 제약 조건을 제공하는가?
• RQ4 마이크로미터 보다 작은 복사 밀도는 적외선 및 라디오 복사 밀도와 비교하여 어떻게 되며, 이는 먼지 흡수에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 GRB 980329의 높은 빛의 밝기를 설명하기 위해 빔 형성이 필요한가?

주요 결과

• GRB 980329의 마이크로미터 보다 작은 대응체가 850 밀리미터에서 점점 흐려지는 것으로 검출되었으며, 스펙트럼 지수 α = +0.9의 파워-법 스펙트럼과 일치하는 복사 밀도를 보였다.
• GRB 980329의 라디오에서 마이크로미터 보다 작은 스펙트럼은 단순한 α = +1 파워-법과 부합하지 않으며, VLA-SCUBA 파워-법 모델을 배제할 수 있었다.
• GRB 980703의 스펙트럼은 α = +1과 부합하지 않으며, α = +0.9의 파워-법은 배제되지 않았다.
• GRB 980519의 경우 α = +1 모델도 역시 배제될 가능성이 높지만, 데이터는 덜 제약 조건이었다.
• GRB 980329의 마이크로미터 보다 작은 복사 밀도는 적외선 대응체를 탐지하기 어려운 상황임에도 불구하고, GRB 970508과 유사한 내재 빛의 밝기와 일치하였다.
• 고적색 이동을 겪는 먼지가 많은 별 형성 은하가 GRB 980329의 마이크로미터 보다 작은 복사에 기여할 수 있으며, 이 기여는 라디오 파장보다 마이크로미터 보다 작은 파장에서 더 강할 것이다.