[论文解读] Mildly relativistic X-ray transient 080109 and SN2008D: Towards a continuum from energetic GRB/XRF to ordinary Ibc SN

D. Xu, Yuan-Chuan Zou+1 more|ArXiv.org|Jan 28, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 5

一句话总结

该论文提出，X射线暂现源 080109/SN 2008D 标志着高能伽马射暴（GRBs）/X射线闪光（XRFs）与普通 Ibc 型超新星之间的过渡阶段，其驱动力为具有轻微相对论性流（Γ ~ 几）且动能约为 10⁴⁶ erg 的喷流。该暂现源的早期X射线辐射源于致密星风中的反冲击波，而后期X射线的平坦化则由未减速的超新星喷射物提供能量，表明从相对论性GRBs到非相对论性Ibc型超新星之间存在一个能量、张角和喷射速度连续变化的事件谱系。

ABSTRACT

We analyze the hitherto available space-based X-ray data as well as ground-based optical data of the X-ray transient 080109/SN2008D. From the data we suggest that (i) The initial transient (\lesssim 800 sec) is attributed to the reverse shock emission of a mildly relativistic (Γ\sim a few) outflow stalled by the dense stellar wind. (ii) The subsequent X-ray afterglow (\lesssim 2 imes 10^4 sec) can be ascribed to the forward shock emission of the outflow, with a kinetic energy \sim 10^{46} erg, when sweeping up the stellar wind medium. (iii) The late X-ray flattening (\gtrsim 2 imes 10^4$ sec) is powered by the fastest non-decelerated component of SN2008D's ejecta. (iv) The local event rate of X-ray transient has a lower limit of \sim 1.6 imes 10^4 yr^{-1} Gpc^{-3}, indicating a vast majority of X-ray transients have a wide opening angle of \gtrsim 100 degree. The off-axis viewing model is less likely. (v) Transient 080109/SN2008D may lead to a continuum from GRB-SN to under-luminous GRB-/XRF-SN to X-ray transient-SN and to ordinary Ibc SN (if not every Ibc SN has a relativistic jet), as shown in Figure 2 of this Letter.

研究动机与目标

• 理解X射线暂现源 080109/SN 2008D 的本质及其在从高能GRBs/XRFs到普通Ibc型超新星演化序列中的位置。
• 确定该暂现源X射线辐射的物理起源及其与超新星爆发的关联。
• 约束喷流的能量、洛伦兹因子和张角，并评估其对GRB-超新星关联的意义。
• 估算此类轻微相对论性暂现源的本地事件率，并推断其束流特性与准直性。
• 检验是否每个Ibc型超新星均可能包含一个准喷流爆发，从而确立核心塌缩事件的连续谱系。

提出的方法

• 分析了空间X射线（Swift/XRT）和地面光学（VLT/FORS2）观测数据，以表征 080109/SN 2008D 暂现源的光变曲线与光谱特性。
• 利用在恒星风介质中减速的轻微相对论性喷流（Γ ~ 几）的反冲击波模型，拟合其早期X射线光变曲线。
• 将X射线余晖建模为来自具有风结构介质的前向冲击波辐射，采用标准同步辐射冲击波模型，参数包括 εₑ、εB 和 A*。
• 通过光谱拟合区分幂律与黑体模型，结果偏好幂律谱，其谱指数为 Γ = 2.3 ± 0.2，吸收柱密度 NH = 7.6 × 10²¹ cm⁻²。
• 基于同步辐射自吸收与冷却 break 模型，估算射电余晖的峰值时间与流量，假设 β ~ 常数，且 νm < νradio < νa < νc。
• 利用体积受限巡天中的观测率，计算本地事件率的下限，结果约为 ~1.6 × 10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³。

实验结果

研究问题

• RQ1 X射线暂现源 080109 的物理起源是什么？它与 SN 2008D 爆发有何关联？
• RQ2 该暂现源是否代表了GRB/XRF与普通Ibc型超新星之间的过渡阶段？其支持证据是什么？
• RQ3 喷流的动能、洛伦兹因子与张角是多少？与GRBs和XRFs相比有何异同？
• RQ4 是否存在从相对论性GRBs到轻微相对论性暂现源再到非相对论性Ibc型超新星的连续核心塌缩事件分布？
• RQ5 是否所有Ibc型超新星均包含一个准喷流爆发？如果是，从相对论性到轻微相对论性再到非相对论性行为的转变由什么决定？

主要发现

• 初始X射线暂现源（≤800 s）最合理的解释是：在致密恒星风中停滞的轻微相对论性喷流（Γ ~ 几）产生的反冲击波辐射。
• X射线余晖（≤2×10⁴ s）与前向冲击波辐射一致，其动能约为 ~10⁴⁶ erg，扫掠了星风介质。
• 晚期X射线的平坦化（≥2×10⁴ s）由 SN 2008D 喷射物中最快、未减速的组分提供能量。
• 此类X射线暂现源的本地事件率下限约为 ~1.6×10⁴ yr⁻¹ Gpc⁻³，表明大多数事件的张角 ≥100°。
• 该暂现源的准直校正能量约为 ~5×10⁴⁵ erg，自洽的轴向模型排除了非轴向视线作为解释的可能性。
• 结果支持从GRB/XRF到X射线暂现源再到普通Ibc型超新星的连续谱系，其特征为能量递减、张角递增，且辐射能量与张角呈负相关。