[论文解读] A more probable explanation for a continuum flash in the direction of a redshift $\approx$ 11 galaxy

Charles L. Steinhardt, M. I. Andersen+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 6

一句话总结

该论文对在红移 z≈11 方向观测到的 GN-z11 连续闪光被解释为高红移伽马射线暴（GRB）提出质疑，提出更合理的解释是太阳系天体——很可能是地球轨道上的卫星——反射阳光所致。对档案 MOSFIRE 数据的分析显示，存在多个具有反射太阳光谱特征的类似瞬变闪光，使得该解释的可能性比偶然探测到 GRB 高出超过 10^10 倍。

ABSTRACT

Recent work reported the discovery of a gamma-ray burst (GRB) associated with the galaxy GN-z11 at $z\sim 11$. The extreme improbability of the transient source being a GRB in the very early Universe requires robust elimination of all plausible alternative hypotheses. We identify numerous examples of similar transient signals in separate archival MOSFIRE observations and argue that Solar system objects -- natural or artificial -- are a far more probable explanation for these phenomena. An appendix has been added in response to additional points raised in Jiang et al. (2021), which do not change the conclusion.

研究动机与目标

• 挑战将 GN-z11 中的瞬变闪光解释为红移 z≈11 的高红移伽马射线暴（GRB）的观点。
• 评估替代解释的可能性，特别是太阳系天体或航天器作为观测闪光的来源。
• 通过档案数据证明，类似瞬变信号很常见，且与反射太阳光谱一致。
• 量化在如此高红移探测到此类 GRB 的不可能性，与卫星引起的闪光频率相比。
• 提供一个基于数据、稳健可靠的替代解释，更符合观测到的光谱和时间特性。

提出的方法

• 分析凯克档案中 12,300 次 MOSFIRE 暴露，以识别分散光谱中的瞬变信号。
• 将 GN-z11 闪光的光谱与已知太阳光谱进行比较，特别关注 Paschen-β 吸收特征和幂律斜率（β ≈ -3.2）。
• 在档案中识别出 27 个单次曝光的瞬变信号，包括 2017 年 3 月 7 日对 Abell 1689 的 12 次曝光序列中的一对闪光。
• 利用狭缝掩模布局推断瞬变源在多个狭缝间呈直线轨迹，表明其角速度极高（>0.1 角秒/秒）。
• 通过轨道力学和时间分析排除自然天体，评估人造卫星作为来源的可能性。
• 与 NASA HORIZONS 和卫星跟踪数据库交叉比对，以识别潜在候选体，但未为 GN-z11 闪光找到确切匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 GN-z11 中的瞬变闪光更可能由高红移伽马射线暴引起，还是由天体物理干扰体引起？
• RQ2 档案 MOSFIRE 数据中类似瞬变闪光的频率和光谱特征是什么？
• RQ3 GN-z11 闪光的光谱形状能否由太阳系天体反射的阳光重现？
• RQ4 与 MOSFIRE 观测中卫星引起的闪光频率相比，探测到此类 GRB 的概率如何？
• RQ5 闪光的时间特性与角运动对源的性质有何约束？

主要发现

• GN-z11 闪光在 K 波段表现出光谱，其幂律斜率 β ≈ -3.2 ± 0.4，显著陡于典型 GRB 余晖（范围为 -0.9 至 -1.6）。
• 闪光光谱与反射太阳光谱高度匹配，包括 Paschen-β 吸收特征的存在，强烈表明其为类太阳光源。
• 在对 12,300 次 MOSFIRE 暴露的目视筛查中，至少识别出 27 个单次曝光瞬变信号，其中三个出现在 2017 年 3 月 7 日对 Abell 1689 的 12 次曝光序列中。
• Abell 1689 序列中的双闪光在两个狭缝中表现出完全相同的光谱，且轨迹与角速度 >0.1 角秒/秒的源一致，表明其为近地天体。
• 此类瞬变事件的速率为约 10^-3 次/曝光，使得卫星解释的可能性比在 z≈11 处偶然探测到 GRB 高出超过 10^10 倍。
• 探测到具有此类光谱形状 GRB 的概率估计低于 10^-13，而卫星闪光的概率约为 10^-3 次/曝光，进一步支持后者解释的优越合理性。