[論文レビュー] Evidence for a dual population of neutron star mergers from short Gamma-Ray Burst observations

K. Siellez, M. Boër+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、中性子星合体の二重性を示す証拠を提示しており、特に、球状星団で動的に形成された中性子星–ブラックホール（NSBH）連星から発生する、弱く近くの短いガンマ線バースト（sGRBs）のサブセットが、吸収支配の降着円盤によって電磁放射が弱いため、現在の宇宙望遠鏡によるsGRB検出器では検出不能であるが、重力波として検出可能であると提案している。この仮説は、球状星団内のブラックホール質量関数を検証可能な予測を提供する。

ABSTRACT

Short duration Gamma-Ray Bursts are thought to originate from the coalescence of neutron stars in binary systems. They are detected as a brief ($

研究の動機と目的

• 標準的なフィールド二重連星合体モデルでは説明できない、観測された弱く近くの短いガンマ線バースト（sGRBs）の集団を説明すること。
• これらの弱いsGRBsの起源を特定し、高密度星間環境における動的相互作用を含む代替形成メカニズムを提案すること。
• NSBH合体における吸収支配の降着円盤が、これらの源の低電磁放射度を説明できるかどうかを検証すること。
• Advanced LIGOとVirgoによる重力波観測で、このようなNSBH合体が検出可能かどうかを予測すること。
• 重力波検出が、球状星団におけるブラックホール質量関数を制約する可能性を検討すること。

提案手法

• 比較のためのベースラインとして、フィールドの中性子星–中性子星（NSNS）合体の集団をシミュレーションした。
• 球状星団内で動的に形成された中性子星–ブラックホール（NSBH）合体の第二の集団を組み込み、吸収支配の降着円盤のため、放射度を10分の1に低減した。
• Swiftや他の宇宙望遠鏡の検出限界をモデル化するため、赤方偏移の上限（z < 0.3）を用いた。
• 文献およびHEASARCアーカイブからの観測データと、シミュレートされたsGRB放射度および赤方偏移分布を比較した。
• ALV（Advanced LIGOとVirgo）の感度曲線と、ホライズン距離／範囲距離を用いて、NSBH合体の重力波検出可能性を評価した。
• 特に、銀河系および周辺領域での検出が見られないことと照らし合わせて、二重集団モデルの統計的整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部の短いガンマ線バーストは本質的に弱く近くにあり、標準的なフィールド二重連星合体モデルでは説明できないのか？
• RQ2 中性子星–ブラックホール合体における吸収支配の降着円盤が、これらの弱いsGRBsの低電磁放射度を説明できるか？
• RQ3 球状星団内で動的に形成されたNSBH合体が、全体のsGRB集団に占める寄与はどの程度か？
• RQ4 Advanced LIGOとVirgoによる重力波観測で、フィールド形成と動的形成のコンパクト連星合体をどのように区別できるか？
• RQ5 sGRBと同時にNSBHの重力波信号が検出された場合、球状星団におけるブラックホール質量関数を制約できるか？

主な発見

• 観測された弱く近くの短いガンマ線バーストの集団は、単一のフィールドNSNS合体集団では説明できず、追加の成分を必要としている。
• 吸収支配の降着円盤により電磁放射度が10倍低い、球状星団内で動的に形成されたNSBH合体の第二の集団は、観測されたsGRBデータと良好に一致する。
• 銀河系および周辺領域での検出が見られないのは、体積が小さく、ジェットビーミング効果があるためであり、本質的な弱さだけのためではない。
• NSBH合体はNSNS合体よりも強い重力波放射体であり、Advanced LIGOとVirgoで最大約900 Mpc（ホライズン距離）または約400 Mpc（範囲距離）の距離まで検出可能と予想される。
• ALVによるNSBH合体の検出率が球状星団形成と整合的である場合、仮説の妥当性が確認され、これらの環境におけるブラックホール質量関数の導出が可能になる。
• NSBH重力波信号と一致するsGRBの検出は、この二重集団モデルの決定的証明となる。