[논문 리뷰] X-ray Flashes or soft Gamma-ray Bursts? The case of the likely distant XRF 040912

G. Stratta, S. Basa외 50명|arXiv (Cornell University)|2006. 10. 05.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 42인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 다수의 파장에서의 관측을 통해 먼 X선 플래시인 XRF 040912를 분석하여 적색이동과 내재된 성질을 규명한다. 연구 결과, 폭발은 고적색이동 소프트 감마선 폭발에 일반적인 부드러운 스펙트럼 특성을 보이며, XRF는 GRB와 연속성을 이루는 것으로 나타나지만, XRF 020903과 XRF 060218처럼 내재적으로 부드러운 XRF(i-XRF)는 별개의 원천 인구일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

In this work, we present a multi-wavelength study of XRF 040912, aimed at measuring its distance scale and the intrinsic burst properties. We performed a detailed spectral and temporal analysis of both the prompt and the afterglow emission and we estimated the distance scale of the likely host galaxy. We then used the currently available sample of XRFs with known distance to discuss the connection between XRFs and classical Gamma-ray Bursts (GRBs). We found that the prompt emission properties unambiguously identify this burst as an XRF, with an observed peak energy of E_p=17+/-13 keV and a burst fluence ratio S(2-30keV)/S(30-400keV)>1. A non-fading optical source with R~24 mag and with an apparently extended morphology is spatially consistent with the X-ray afterglow, likely the host galaxy. XRF 040912 is a very dark burst since no afterglow optical counterpart is detected down to R>25 mag (3 sigma limiting magnitude) at 13.6 hours after the burst. The host galaxy spectrum detected from 3800A to 10000A, shows a single emission line at 9552A. The lack of any other strong emission lines blue-ward of the detected one and the absence of the Ly alpha cut-off down to 3800A are consistent with the hypothesis of the [OII] line at redshift z=1.563+/-0.001. The intrinsic spectral properties rank this XRF among the soft GRBs in the E_peak-E_iso diagram. Similar results were obtained for most XRFs at known redshift. Only XRF 060218 and XRF 020903 represent a good example of instrinsic XRF(i-XRF) and are possibly associated with a different progenitor population. This scenario may calls for a new definition of XRFs.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장의 데이터를 이용하여 XRF 040912의 적색이동과 내재된 성질을 측정하기.
• XRF가 전통적인 GRB와 구별되는지, 아니면 연속적인 인구의 일부인지 판단하기.
• 특히 내재적으로 부드러운 XRF(i-XRF)의 존재 여부를 조사하기 위해 알려진 적색이동이 있는 XRF의 성질을 연구하기.
• 매우 부드러운 피크 에너지를 가진 XRF가 별개의 원천 인구를 형성하는지 평가하기.
• 스펙트럼 및 빛의 강도 성질에 기반한 XRF 분류 체계에 대한 함의 평가하기.

제안 방법

• HETE-2와 천문우주망원경(Chandra) 데이터에서의 순간 방출과 X선 후광의 세밀한 스펙트럼 및 시간적 분석 수행.
• 13.6시간 후까지 R > 25.3 mag 이하의 광학 후광 복사원을 찾기 위해 영상 차감 기법 사용.
• X선 후광 위치와 공간적으로 일치하는 비소등 광학 소스의 광학 스펙트럼 측정을 통해 적색이동을 발열선을 통해 확인.
• 9552 Å에서 단일 발열선을 확인하였으며, 이는 블루워드 선의 부재와 Lyα 절단에 기반해 z = 1.563 ± 0.001에서 [OII]로 해석됨.
• XRF 040912를 GRB와 다른 XRF들과 비교하기 위해 내재된 피크 에너지(E_peak,i)와 등방성 에너지(E_iso) 계산.
• 45개의 장수 GRB와 알려진 XRF의 샘플과 비교하여 인구의 연속성과 이질적인 사례를 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XRF 040912의 적색이동은 무엇이며, 이는 그 내재된 빛의 강도와 스펙트럼 성질에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ2 XRF 040912는 E_peak-E_iso 도표에서 전통적인 GRB와 다른 XRF들과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 광학 후광 복사원이 검출되지 않는다는 것은 i-XRF와 같은 별개의 XRF 클래스를 시사하는가?
• RQ4 두 가지 별개의 XRF 인구가 존재하는가? 하나는 고적색이동에서 소프트 GRB와 유사하고, 다른 하나는 내재적으로 부드럽고 다른 원천을 가진다.
• RQ5 관측된 XRF의 스펙트럼 및 빛의 강도 성질은 단일한 물리적 기원으로 설명될 수 있는가, 아니면 별도의 분류가 필요한가?

주요 결과

• XRF 040912는 관측된 피크 에너지 E_p = 17 ± 13 keV를 보이며, 부드러운 순간 방출 특성으로 인해 XRF로 분류됨을 확인한다.
• 폭발은 S_{2-30keV}/S_{30-400keV} > 1의 복사율 비율을 보이며, XRF 기준에 부합함을 확인한다.
• 13.6시간 기준 R > 25.3 mag 이하의 광학 후광 복사원이 검출되지 않아, XRF 040912는 관측된 바 가장 어두운 폭발 중 하나로 분류된다.
• X선 후광 위치에 위치한 비소등 광학 소스는 9552 Å에서 단일 발열선을 보이며, 이는 블루워드 선의 부재와 Lyα 절단에 기반해 z = 1.563 ± 0.001에서 [OII]로 해석된다.
• XRF 040912의 내재된 스펙트럼 성질은 E_peak,i–E_iso 도표에서 소프트 GRB와 유사한 위치를 차지하여, i-XRF가 아님을 시사한다.
• 적색이동이 알려진 대부분의 XRF는 유사한 부드러운 성질을 보이며, GRB와의 연속성을 시사하지만, XRF 020903과 XRF 060218는 별개의 원천 인구를 가진 잠재적 i-XRF로 두드러진다.