[論文レビュー] Re-solving the jet/cocoon riddle of the first gravitational wave with an electromagnetic counterpart

G. Ghirlanda, O. S. Salafia+34 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 5

ひとこと要約

207.4日後の非常に長基線干渉計測（VLBI）を用いて、本研究ではGW170817の放射の性質を解明し、90%信頼水準で源の大きさを2.5ミリアーセコンド未塔に制限した。これは等方的放出を除外し、構造的相対論的ジェットの存在を確認するものである。この結果は、少なくとも10%のニュートン星合体がこのようなジェットを生成することを示唆し、マルチメッセンジャ・アストロフィジックスにおける重要な曖昧さを解消する。

ABSTRACT

The binary neutron star merger event GW170817 was detected through both electromagnetic radiation and gravitational waves. Its afterglow emission may have been produced by either a narrow relativistic jet or an isotropic outflow. High spatial resolution measurements of the source size and displacement can discriminate between these scenarios. We present Very Long Baseline Interferometry observations, performed 207.4 days after the merger, using a global network of 32 radio telescopes. The apparent source size is constrained to be smaller than 2.5 milliarcseconds at the 90% confidence level. This excludes the isotropic outflow scenario, which would have produced a larger apparent size, indicating that GW170817 produced a structured relativistic jet. Our rate calculations show that at least 10% of neutron star mergers produce such a jet.

研究の動機と目的

• GW170817の電磁的後光が相対論的ジェット由来であるか、等方的放出由来であるかを特定すること。
• 最初の重力波イベントで電磁的対応体を伴うものの、長年のジェット／ココンの性質に関する曖昧さを解消すること。
• 高分解能の電波観測を用いて、放射メカニズムに関する競合するモデルを区別すること。
• 観測的制約に基づき、構造的相対論的ジェットを生成するニュートン星合体の割合を推定すること。

提案手法

• 世界規模の32台の電波望遠鏡を用いた非常に長基線干渉計測（VLBI）観測を実施した。
• 合体後207.4日における顕在的源の大きさと位置を測定し、モデル予測を検証した。
• 90%信頼水準での源の大きさを制限するために統計的解析を適用した。
• 等方的放出と構造的相対論的ジェットの理論的予測と観測された大きさの上限を比較した。
• 大きさの制約に基づくレート計算を用いて、相対論的ジェットを生成する合体の最小割合を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたGW170817の後光は、相対論的ジェット由来か、等方的放出由来か？
• RQ2 高分解能のVLBI測定は、狭いジェットと広がった等方的放射成分を区別できるか？
• RQ3 この観測に基づき、構造的相対論的ジェットを生成するニュートン星合体の最小割合は何か？
• RQ4 207.4日における源の大きさの制約は、ジェット構造と観測角にどのように影響を及けるか？

主な発見

• GW170817の顕在的源の大きさは、90%信頼水準で2.5ミリアーセコンド未塔に制限されている。
• この大きさの上限は、はるかに大きな顕在的源を生じるはずの等方的放出シナリオを除外する。
• データは構造的相対論的ジェットと整合しており、GW170817におけるジェット／ココンの曖昧さが解消された。
• 観測された放射特性に基づき、少なくとも10%のニュートン星合体が相対論的ジェットを生成すると推定される。
• 結果として、マルチメッセンジャ・ニュートン星合体の文脈においてジェットモデルに対する強い観測的支援が得られた。