[論文レビュー] Optical and infrared flares from a transient Galactic soft gamma-ray repeater

A. J. Castro‐Tirado, F. J. Aceituno+34 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、SWIFT J195509+261406 が、最初に光学および赤外線フレアが検出された一時的銀河系ソフトガンマ線パルサー（SGR）であると提案している。この源は3日間にわたり強い多波長フレア活動を示し、その後に遅延した赤外線フレアも観測された。この源は古典的ガンマ線バースト（GRB）やマイクロクェーサーとは異なる振るまいを示しており、恒久的SGRと明るくない単独中性子星の中間的な静穏X線放射度を示す、新たな一時的SGRのクラスに属すると考えられる。

ABSTRACT

Soft gamma-ray repeaters (SGRs) are a rare type of gamma-ray transient sources that are ocasionally detected as bursts in the high-energy sky. They are thought to be produced by magnetars, young neutron stars with very strong magnetic fields of the order of 10^(14-15) G. Only three such objects are known in our Galaxy, and a fourth one is associated with the supernova remnant N49 in the Large Magellanic Cloud. In none of these cases has an optical counterpart to either the gamma-ray flares or the quiescent source been identified. Here we present multi-wavelength observations of a puzzling source, SWIFT J195509+261406, for which we detected more than 40 flaring episodes in the optical band over a time span of 3 days, plus a faint infrared flare 11 days later, after which it returned to quiescence. We propose that SWIFT J195509+261406 is a member of a subgroup of SGRs for which the long-term X-ray emission is transient in nature. Furthermore, it is the first SGR for which bursts have been detected in the optical and near-infrared bands and maybe the link between the "persistent" SGRs and the dim isolated neutron stars.

研究の動機と目的

• Swift/BATが短いガンマ線バーストとして検出した、特異な光学/X線振るまいを示す一時的源であるSWIFT J195509+261406の性質を特定すること。
• 多波長フレアおよびスペクトル的性質に基づき、この源がソフトガンマ線パルサー（SGR）、マイクロクェーサー、あるいは新たな天体物理学的対象であるかどうかを特定すること。
• X線、CO、光学データを用いて距離および静穏状態のX線放射度を制約し、SGR進化系列における位置を評価すること。
• この源が、恒久的SGRと明るくない単独中性子星をつなぐ役割を果たす可能性がある、中間的静穏X線放射度に起因するものかどうかを検討すること。

提案手法

• Swift/XRT、XMM-Newton、RATAN-600、Plateau de Bure、VLT/NACO、および地上望遠鏡を用いた多波長フォローアップ観測が実施された。
• 6.0m BTAおよび8.2m VLTを含む複数の観測所で、光学および赤外線の光度測定および分光測定が実施され、フレアの検出および発光線の測定が行われた。
• Pico Veletaでのミリメートル波長CO (J=1-0) 観測を用い、天の赤道線に沿った分子雲吸収を基に距離を推定した。
• X線光度曲線およびスペクトルは吸収されたパワー・ロウでモデル化され、距離に依存するスケーリング（D/10 kpc）² を用いて放射度が計算された。
• フレアピーク振幅の統計的解析から、対数正規分布が得られ、ランダムノイズとは異なる物理的起源を支持する結果が得られた。
• 電波およびミリ波長放射の上限が、マイクロクェーサー的振るまいを除外するために用いられ、Hα放射の上限は連星系における降着を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SWIFT J195509+261406 はソフトガンマ線パルサー（SGR）であり、一時的SGRの新たな亜クラスを表しているか？
• RQ2 3日間および11日後に再発した強力で長期間にわたる光学および赤外線フレア活動の原因は何か？
• RQ3 この源の静穏状態のX線放射度は何か？ また、既知の恒久的SGRおよび明るくない単独中性子星と比較するとどうなるか？
• RQ4 CO吸収およびX線放射度の上限を用いて距離を制約できるか？ その結果、分類にどのような意味を持つのか？
• RQ5 初期トリガー以降、ガンマ線バーストは再び検出されなかったが、他の波長帯で強いフレア活動が観測された。これはなぜか？

主な発見

• 3日間にわたり40以上の光学フレアが観測され、ピーク光度は出発基準に対して最大で ∼10²、静穏状態に対しては ≥10⁴ の増幅を示した。
• VLT/NACOの適応光学システムを用いて、初期バーストから11日後にHバンドで微弱な赤外フレアが検出された。
• 初期トリガー以降、Swift/BATで再びガンマ線バーストは検出されず、γ線にのみ最初のスパイクが記録された一時的SGRであると示唆された。
• 静穏状態のX線放射度は ≤ (2.5–7.2) × 10³² erg s⁻¹ に制約され、恒久的SGR（L_X ∼ 10³⁵ erg s⁻¹）と明るくない単独中性子星（L_X ∼ 10³⁰–10³¹ erg s⁻¹）の中間的な範囲に位置している。
• CO観測による距離制約（D > 7.0 kpc）およびX線放射度上限（D < 100 kpc）から、距離範囲は7–20 kpcと推定され、銀河系SGRと整合的である。
• 検出不能なHα放射（&lt; 9.0 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²）および電波放射（3σで &lt; 0.3 mJy）の上限は、連星系における降着およびマイクロクェーサー的振るまいを除外した。