[論文レビュー] A giant-flare-like origin for the subluminous GRB 170817A associated with GW170817

Hui Tong, Ch'ing-Sung Yü|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、二つの中性子星の合体であるGW170817に関連する準低光度ガンマ爆発（GRB）170817Aが、磁気星レベルの磁場を持つ超質量中性子星の崩壊によって駆動されるギガフレア様発光イベントに起因するものであると提唱する。放出された磁気エネルギーが、相対論的ジェットを非軸方向に見ていることよりも、爆発の明るさとエネルギーを説明でき、観測されたキロノーバおよび後光の発光と整合的である。

ABSTRACT

The gamma-ray burst GRB 170817A associated with GW170817 is subluminous and subenergetic compared with other typical short GRBs. It may be due to a relativistic jet viewed off-axis, or a structured jet, or cocoon emission etc. Giant flares from magnetars may possibly be ruled out. However, the luminosity and energetics of GRB 170817A is coincident with that of magnetar giant flares. After the coalescence of the binary neutron star, a hypermassive neutron star may be formed. The hypermassive neutron star may have magnetar-strength magnetic field. The subsequent collapse of this hypermassive neutron star to a black hole may launch a relativistic jet. However, the prompt emission of the jet (if it exists) may have been missed due to a large viewing angle. During the collapse of the hypermassive neutron star, the magnetic field energy will also be released. This giant-flare-like event may explain the the luminosity and energetics of GRB 170817A. In this scenario, the kilonova emission, and later X-ray/radio afterglow are unaffected. Bursts with similar luminosity and energetics are expected in future neutron star-neutron star or neutron star-black hole mergers.

研究の動機と目的

• 通常の短時間ガンマ爆発と比較して、極めて低い明るさとエネルギーを示すGRB 170817Aの理由を説明すること。
• 非軸方向ジェットや構造化された放出とは異なる代替的起源をGRB 170817Aについて調査すること。
• 磁気星のギガフレアが観測された初期発光のエネルギーに合致するかを検証すること。
• ギガフレアモデルがGW170817のキロノーバおよび後光データと整合的であるかを評価すること。
• 将来の中性子星合体で同様のフレアが発生する可能性を予測すること。

提案手法

• 磁気星レベルの磁場を持つ超質量中性子星を形成する二つの中性子星系の合体後の進化をモデル化する。
• 超質量中性子星がブラックホールに崩壊する過程での磁場の散逸によるエネルギー放出をシミュレートする。
• 得られるフレアの明るさと全エネルギーを計算し、GRB 170817Aの観測特性と比較する。
• この発光が全体の光曲線に与える影響を評価し、キロノーバおよび後光観測と整合性があるかを確認する。
• GW170817からの観測的制約を用いて、モデルが多メッセンジャー観測と整合的であるかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気星レベルの磁場によるギガフレア様発光が、GRB 170817Aの低明るさと低エネルギーを説明できるか？
• RQ2 超質量中性子星の崩壊に伴う磁気エネルギー放出は、GRB 170817Aの観測された初期発光とどのように比較できるか？
• RQ3 ギガフレアモデルは、GW170817のキロノーバおよびX線／電波後光の光曲線と整合的か？
• RQ4 中性子星合体の何パーセントが同様のギガフレア様イベントを生成する可能性があるか？
• RQ5 中性子星合体から発生したにもかかわらずGRB 170817Aが準低光度である理由は何か？そのエネルギーの背後にある物理的メカニズムは何か？

主な発見

• GRB 170817Aの明るさとエネルギーは、磁気星のギガフレアと整合的であり、共通の発生機構を示唆する。
• 相対論的ジェットを仮定せずとも、超質量中性子星の崩壊に伴う磁気エネルギー放出によって発光を説明できる。
• キロノーバおよび後光の発光は、本モデルの影響を受けることなく、多波長観測と整合性を保つ。
• 本モデルは、将来の中性子星-中性子星合体または中性子星-ブラックホール合体でも同様のギガフレア様爆発が発生する可能性を予測する。
• GRB 170817Aに検出可能なジェットが存在しないのは視線角が大きいからかもしれないが、観測された発光は磁気フレアエネルギーによってよりよく説明できる。