[論文レビュー] Rest-frame properties of gamma-ray bursts observed by the Fermi Gamma-Ray Burst Monitor

D. Gruber|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 25被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、2012年5月までにフェルミ/GBMで検出された赤方偏移が測定された47個のガンマ爆発（GRBs）の、静止系スペクトルおよび時間的性質を分析する。AmatiおよびYonetoku関係は、以前に報告されたよりも大きな散らばりを伴って確認された。静止系持続時間 $T_{90, ext{rest}}$ における赤方偏移の進化は検出されず、長期間GRBにおける $E_{\rm p,rest}$ に宇宙論的進化の兆候が示唆された一方、短時間GRB 080905AはYonetoku関係において顕著な外れ値であった。

ABSTRACT

In this talk I present the main spectral and temporal properties of Fermi/GBM gamma-ray bursts (GRBs) with known redshift. Key properties of these GRBs in the rest-frame of the progenitor are investigated to better understand the intrinsic nature of these events. The sample comprises 47 GRBs with measured redshift that were observed by GBM until May 2012. 39 sources belong to the long-duration population and 8 events were classified as short bursts. For all of these events we derive, where possible, the intrinsic peak energy in the νFν spectrum (Ep,rest), the duration in the rest-frame, defined as the time in which 90% of the burst counts were observed (T90,rest) and the isotropic equivalent bolometric energy (Eiso). We confirm the tight correlation between Ep,rest and Eiso (Amati relation) with a larger scatter than previously reported. We also confirm the relation between Ep,rest and the 1-s peak luminosity (Lp) (Yonetoku relation). Short GRB 080905A, whose host galaxy was identified at redshift z = 0.1218 is a peculiar outlier of this relation. Moreover, an intriguing, but preliminary, cosmic evolution of Ep,rest was observed, while no such evolution is evident for T90,rest.

研究の動機と目的

• 宇宙論的赤方偏移を補正した静止系におけるGRBの固有スペクトル的および時間的性質を調査すること。
• 既知の赤方偏移を持つ高品質なGRBサンプルを用いて、AmatiおよびYonetoku関係の妥当性と散らばりを検証すること。
• 赤方偏移依存性を検討することで、$E_{\rm p,rest}$ や $T_{90,\text{rest}}$ に宇宙論的進化が及ぼす影響を評価すること。
• 既存の経験的関係から逸脱する外れ値（例：GRB 080905A）を特定し、分析すること。

提案手法

• 解析には、8個のNaIおよび2個のBGO検出器を備えたフェルミ/GBM機器のデータを用い、8 keV から 40 MeV のエネルギー範囲をカバーする。
• スペクトルフィッティングには、PL、COMP、Band、SBPLの4つのモデルを用い、各爆発に対して最良のフィットモデルを選定して $E_{\rm p,rest}$ を導出する。
• 観測系での $T_{90}$（100–500 keV帯）を時間遅延および赤方偏移補正することで、静止系持続時間 $T_{90,\text{rest}}$ を計算する。
• 宇宙論的パラメータ $\Omega_m=0.27$, $\Omega_\Lambda=0.73$, $H_0=70.4$ km s⁻¹ Mpc⁻¹ を用いて、等価全放射エネルギー $E_{\rm{iso}}$ およびピーク全方向放射度 $L_p$ を、静止系1 keV–10 MeV帯で計算する。
• AmatiおよびYonetoku関係のフィッティングには、通常最小二乗法の二等分法（bOLS）を用い、95%および68%信頼水準での不確実性を推定する。
• 赤方偏移依存性の傾向を評価するために、スピアマン順位相関検定を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移が既知の広範な高エネルギー範囲カバーのGRBサンプルにおいて、Amati関係（$E_{\rm p,rest}$ 対 $E_{\rm{iso}}$）は確認されるか。その散らばりはどの程度か？
• RQ2 Yonetoku関係（$E_{\rm p,rest}$ 対 $L_p$）は長期間および短時間GRBの両方で成立するか。顕著な外れ値は存在するか？
• RQ3 赤方偏移が増加するに従い、静止系ピークエネルギー $E_{\rm p,rest}$ や持続時間 $T_{90,\text{rest}}$ に宇宙論的進化の兆候が見られるか？
• RQ4 短時間GRB 080905AはなぜYonetoku関係において外れ値となったのか。これは特異な源の性質や誤った宿主銀河の関連付けによるものだろうか？

主な発見

• Amati関係は、$E_{\rm p,rest}$ 対 $E_{\rm{iso}}$ の最良フィットのべき乗指数 $0.55 \pm 0.10$ を示して確認されたが、以前に報告されたよりも大きな散らばりを示した。
• Yonetoku関係は、$E_{\rm p,rest}$ 対 $L_p$ の最良フィットのべき乗指数 $0.48 \pm 0.01$ を示して確認された。スピアマン順位相関 $\rho=0.8$ であり、偶然の確率は $9 \times 10^{-8}$ であった。
• $T_{90,\text{rest}}$ に顕著な赤方偏移進化は観測されず、以前の検出器感度バイアスの主張とは矛盾する。
• 長期間GRBにおいて $E_{\rm p,rest}$ と赤方偏移の間に顕著な相関が見られた（$\rho=0.67$、偶然の確率 $1.3 \times 10^{-5}$）。ただし、選択効果がこの結果に影響している可能性がある。
• 短時間GRB 080905AはYonetoku関係において顕著な外れ値であり、内在的な特異性や誤った宿主銀河の関連付けの可能性がある。
• 静止系ピークエネルギー $E_{\rm p,rest}$ には潜在的な宇宙論的進化トレンドが示唆されたが、明確な結論を下すには選択効果の補正が必要である。