[논문 리뷰] The Swift Burst Analyser I: BAT and XRT spectral and flux evolution of Gamma Ray Bursts

P. A. Evans, R. Willingale외 10명|Figshare|2010. 04. 19.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 13인용 수 77

한 줄 요약

이 논문은 스위프트의 BAT 및 XRT 카운트율 보도곡선을 경과에 민감한 광도 보도곡선으로 변환하는 도구인 스위프트 버스트 분석기(Swift Burst Analyser)를 제시한다. 이 도구는 경과에 따라 변화하는 스펙트럼을 경직된 경화비와 시간에 따라 변화하는 광도 변환 계수를 통해 고려함으로써 정확한 광도 보도곡선을 생성한다. 주요 기여는 스위프트가 관측한 모든 급격한 방출 폭발(GRBs)에 대해 세 개의 에너지 대역(0.3–10 keV, 15–50 keV, 및 10 keV에서의 광도 밀도)에서 경과를 고려한 광도 보도곡선을 실시간으로 자동 업데이트하는 공개형 레포지터리를 제공함으로써 이론 모델과의 더 정확한 비교를 가능하게 한다.

ABSTRACT

Context: Gamma Ray Burst models predict the broadband spectral evolution and the temporal evolution of the energy flux. In contrast, standard data analysis tools and data repositories provide count-rate data, or use single flux conversion factors for all of the data, neglecting spectral evolution. Aims: To produce Swift BAT and XRT light curves in flux units, where the spectral evolution is accounted for. Methods: We have developed software to use the hardness ratio information to track spectral evolution of GRBs, and thus to convert the count-rate light curves from the BAT and XRT instruments on Swift into accurate, evolution-aware flux light curves. Results: The Swift Burst Analyser website (http://www.swift.ac.uk/burst_analyser) contains BAT, XRT and combined BAT-XRT flux light curves in three energy regimes for all GRBs observed by the Swift satellite. These light curves are automatically built and updated when data become available, are presented in graphical and plain-text format, and are available for download and use in research.

연구 동기 및 목표

• 고정된 광도 변환 계수를 사용하는 표준 데이터 도구의 한계를 해결함: 이는 GRB 보도곡선의 스펙트럼 경과를 무시함.
• 광도와 스펙트럼 경과를 예측하는 이론적 GRB 모델과 관측 데이터 간의 정확한 비교를 가능하게 함.
• 스위프트의 BAT 및 XRT 기구를 사용하여 여러 에너지 대역에서 광도 보도곡선을 통합하고 자동으로 생성하는 시스템을 제공함.
• 카운트율 데이터에서 가려져 있던 특징(예: 빠른 감쇠 단계 및 후광 전환)을 드러내어 후광 행동 연구를 촉진함.
• 스위프트가 관측한 전체 GRB 집단에 대해 공개 가능하고 동적으로 업데이트되는 광도 보도곡선 레포지터리를 구축함.

제안 방법

• BAT 및 XRT 카운트율에서 유도된 경화비를 사용하여 실시간으로 스펙트럼 경과를 추적함.
• 경화비에서 시간에 따라 변화하는 카운트에서 광도로의 변환 계수와 파워법칙 및 절단된 파워법칙 모델의 스펙트럼 광자 지수(Γ)를 맵핑하는 참조 표를 구성함.
• 정확도 향상을 위해 변환된 단계 공간(예: log(HR) 또는 HR 기반 공간)에서 선형 보간을 적용함.
• 1σ 한계의 보간을 통해 경화비 오차에서 유래된 광도 변환 계수 및 Γ 값의 불확도를 전파함.
• 낮은 카운트 데이터의 경우, 스펙트럼 경과 가정 없이 단일 스펙트럼을 사용하여 변환 계수와 Γ를 추정함.
• 시간에 따라 변화하는 변환 계수를 사용하여 세 개의 에너지 대역(0.3–10 keV, 15–50 keV, 및 10 keV에서의 광도 밀도)에서 자동으로 광도 보도곡선을 생성하고 업데이트함.

Figure 1: An example of a flux density light curve from the Burst Analyser. The spectrally-evolving BAT-XRT flux light curve of GRB 061121, is shown as unabsorbed flux density at 10 keV; the lower panel shows the evolution of the photon index of the power-law spectrum. The last 3 BAT data points suf

실험 결과

연구 질문

• RQ1 카운트율 데이터를 사용할 경우 스펙트럼 경과가 GRB 보도곡선의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 스펙트럼 경과를 고려할 경우, 카운트율 보도곡선에서 가려져 있던 물리적 특징(예: 후광 전환 또는 급격한 감쇠 단계)을 얼마나 잘 드러내는가?
• RQ3 스위프트 GRB 샘플 전역에서 BAT 및 XRT 카운트율 보도곡선을 경과를 고려한 광도 보도곡선으로 변환할 수 있는 체계적이고 자동화된 방법을 개발할 수 있는가?
• RQ4 시간에 따라 변화하는 광도 변환 계수를 사용할 경우, 특히 GRB 060729에서 관찰된 극단적인 감쇠 단계와 같은 맥락에서 유도된 광도 경과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 방법으로 생성된 광도 보도곡선은 기존의 변화하지 않는 광도 보도곡선과 비교해 물리적 통찰력과 데이터 무결성 측면에서 어떻게 다른가?

주요 결과

• 스위프트 버스트 분석기는 BAT 및 XRT 데이터의 자동 처리를 통해 스위프트가 관측한 모든 GRB에 대해 경과를 고려한 광도 보도곡선을 성공적으로 생성함.
• 스펙트럼 경과를 고려함으로써 GRB 060729의 빠른 감쇠 단계에서 카운트율 데이터보다 더 급격한 광도 감소가 드러나며, 후광 전환의 명확한 식별이 가능해짐.
• 고정된 변환 계수를 시간에 따라 변화하는 경화비 기반 계수로 대체함으로써 광도 해석의 모호성을 감소시킴.
• 이 도구는 0.3–10 keV, 15–50 keV, 및 10 keV에서의 광도 밀도의 세 개의 에너지 대역에서 광도 보도곡선을 제공하며, 각 GRB에 대해 관련된 스펙트럼 지수(Γ)의 경과도 함께 제공함.
• 시스템은 완전히 자동화되어 있으며, 새로운 데이터가 도착할 때마다 보도곡선이 업데이트되며, http://www.swift.ac.uk/burst_analyser에서 공개적으로 접근 가능함.
• 변환에 사용되는 참조 표는 파워법칙 및 절단된 파워법칙 모델을 기반으로 한 XSPEC 모델에 기반하며, 효율적인 보간을 위해 사전 계산되어 있음.

Figure 2: The flux density light curve of GRB 060729 from the Burst Analyser. Accounting for spectral evolution shows the flux decline during the steep decay to be more rapid than in count space, and reveals the turn-on of the afterglow.