[論文レビュー] CHIME/FRB Detection of Eight New Repeating Fast Radio Burst Sources

Chime, Bridget C. Andersen+55 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 10被引用数 49

ひとこと要約

本論文では、CHIME望遠鏡を用いて、103.5〜1281 pc cm⁻³の分散測定値を示す8つの新しい繰り返し発生するフレッシュ・ラジオ・バースト（FRB）源の発見を報告している。これらの源は活動度にばらつきを示し、非繰り返しFRBと比較して、バースト幅が著しく広がっている（p < 0.0001）ことから、異なる放射メカニズムである可能性が示唆され、今後の干渉計による局所化と宿主銀河同定が可能になる。

ABSTRACT

We report on the discovery of eight repeating fast radio burst (FRB) sources found using the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) telescope. These sources span a dispersion measure (DM) range of 103.5 to 1281 pc cm$^{-3}$. They display varying degrees of activity: six sources were detected twice, another three times, and one ten times. These eight repeating FRBs likely represent the bright and/or high-rate end of a distribution of infrequently repeating sources. For all sources, we determine sky coordinates with uncertainties of $\sim$10$^\prime$. FRB 180916.J0158+65 has a burst-averaged DM = $349.2 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$ and a low DM excess over the modelled Galactic maximum (as low as $\sim$20 pc cm$^{-3}$); this source also has a Faraday rotation measure (RM) of $-114.6 \pm 0.6$ rad m$^{-2}$, much lower than the RM measured for FRB 121102. FRB 181030.J1054+73 has the lowest DM for a repeater, $103.5 \pm 0.3$ pc cm$^{-3}$, with a DM excess of $\sim$ 70 pc cm$^{-3}$. Both sources are interesting targets for multi-wavelength follow-up due to their apparent proximity. The DM distribution of our repeater sample is statistically indistinguishable from that of the first 12 CHIME/FRB sources that have not repeated. We find, with 4$\sigma$ significance, that repeater bursts are generally wider than those of CHIME/FRB bursts that have not repeated, suggesting different emission mechanisms. Our repeater events show complex morphologies that are reminiscent of the first two discovered repeating FRBs. The repetitive behavior of these sources will enable interferometric localizations and subsequent host galaxy identifications.

研究の動機と目的

• CHIMEの高時間分解能サーベイ能力を活用して、新しい繰り返し発生するフレッシュ・ラジオ・バースト（FRB）源を特定・特徴付けること。
• 非繰り返し源と比較して、繰り返し発生するFRBにおける分散測定値（DM）およびDM超過の分布を特定すること。
• 繰り返し発生するFRBと非繰り返しFRBの間でのバースト形態および幅の違いを調査し、異なる放射メカニズムを推察すること。
• 繰り返し発生するFRBの活動を検出することで、今後の干渉計による局所化と宿主銀河同定を可能にすること。
• 新たに発見された繰り返し発生するFRB源のファラデー回転測定値（RM）および天球位置の精度を評価すること。

提案手法

• カナダの水素インテンシティマッピング実験（CHIME）望遠鏡を用いて、放射線全天を連続的かつ高時間分解能でサーベイした。
• 動的スペクトル解析およびバースト検出アルゴリズムを用い、生のサーベイデータから周期的および繰り返し発生するFRB候補を同定した。
• 観測されたDMと銀河モデル予測値を比較して、分散測定値（DM）およびDM超過を計算した。
• バースト信号の偏光解析を用いてファラデー回転測定値（RM）を測定し、磁場環境の状態を推定した。
• 干渉計データからの到着時刻およびビームフォーミング技術を用いて、天球位置の不確実性を推定した。
• 4σの有意水準を用いて、繰り返し発生するFRBと非繰り返しFRBのバースト幅分布を統計的に比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 繰り返し発生するFRBは、非繰り返しFRBと比較して異なるバースト幅分布を示すか？
• RQ2 新たに発見された繰り返し発生するFRB源における分散測定値（DM）およびDM超過の範囲は何か？
• RQ3 繰り返し発生するFRBのファラデー回転測定値（RM）は、FRB 121102のような既知の繰り返し源と比較してどう異なるか？
• RQ4 繰り返し発生するFRBの天球位置の精度を向上させることで、干渉計フォローアップおよび宿主銀河同定が可能になるか？
• RQ5 新たに発見された繰り返し発生するFRBのバースト放射形態は、最初の2つの既知の繰り返しFRBと類似しているか？

主な発見

• 8つの新しい繰り返し発生するFRB源が検出され、分散測定値は103.5〜1281 pc cm⁻³の範囲にあった。
• FRB 181030.J1054+73は、既知の繰り返し源の中で最小のDM（103.5 ± 0.3 pc cm⁻³）を示し、DM超過は約70 pc cm⁻³であった。
• FRB 180916.J0158+65は、DM超過が約20 pc cm⁻³と低く、ファラデーRMは-114.6 ± 0.6 rad m⁻²であり、FRB 121102と比べて顕著に低い値を示した。
• 繰り返し発生するFRBのバーストは、非繰り返しFRBのバーストと比較して統計的に広がっており、有意水準4σで有意であった。これは、放射メカニズムの違いを示唆している。
• 新たに発見された8つの繰り返し源のDM分布は、最初の12個の非繰り返しCHIME/FRB源のDM分布と統計的に区別できない。
• すべての源の天球位置の不確実性は約10弧分であり、今後の干渉計による局所化と宿主銀河同定が可能である。