[论文解读] SCUBA sub-millimeter observations of gamma-ray bursters III. GRB 030329: The brightest sub-millimeter afterglow to date

I. A. Smith, R. P. J. Tilanus+5 more|ArXiv.org|Mar 26, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 5

一句话总结

本研究通过SCUBA对GRB 030329进行亚毫米波观测，识别出迄今记录到的最明亮的亚毫米波余晖。850 µm的流量在爆发后约7天的喷流转折前保持恒定，光谱演化与移动光谱转折点及峰值流量下降一致，且未检测到显著的宿主星系辐射。

ABSTRACT

We discuss our ongoing program of Target of Opportunity (ToO) sub-millimeter observations of gamma-ray bursts (GRBs) using the Sub-millimetre Common-User Bolometer Array (SCUBA) on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). In this paper, we present all the ToO observations of GRB 030329. This was by far the brightest sub-millimeter afterglow seen to date. The flux density at 850 microns was approximately constant up to a break that took place ~7 days after the burst. This was consistent with being a jet break. The 850 micron results agree with those at longer wavelengths that show a brighter flux ~7 days after the burst, right at the time of the break. No short-lived large-scale brightenings were detected in the sub-millimeter light curve. However, the 850 micron light curve may have had a drop

研究动机与目标

• 利用詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜（JCMT）上的SCUBA进行目标机会（ToO）观测，表征GRB 030329的亚毫米波余晖。
• 确定亚毫米波段余晖光 light curve 和光谱演化的本质。
• 搜索GRB 030329宿主星系的亚毫米波辐射。
• 评估余晖行为对喷流减速与光谱演化模型的启示。
• 通过高灵敏度亚毫米波监测，为更广泛理解伽马射线暴余晖物理机制做出贡献。

提出的方法

• 利用詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜（JCMT）上的亚毫米波通用用户bolometer阵列（SCUBA）进行目标机会（ToO）亚毫米波观测。
• 在850 µm和450 µm波段进行多 epoch 观测，以追踪流量演化并检测潜在转折点。
• 将SCUBA数据与从射电到光学的多波段观测数据结合，以建模光谱能量分布和余晖演化。
• 利用最后两个观测日的加权平均流量密度，为宿主星系辐射设定上限。
• 采用假设恒定光谱指数与移动光谱转折点的光谱建模方法，解释光 light curve 演化。
• 将亚毫米波结果与更长波长的数据进行比较，以验证转折点的时机和流量演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRB 030329的亚毫米波余晖流量的时间演化特征如何？光谱转折点出现在何时？
• RQ2 光谱能量分布在亚毫米波段如何演化？这对余晖模型有何启示？
• RQ3 能否探测到GRB 030329宿主星系的亚毫米波辐射？这对其尘埃含量有何启示？
• RQ4 亚毫米波光 light curve 和光谱行为与更长波长的观测结果相比如何？
• RQ5 亚毫米波光 light curve 中未出现短暂的明亮化现象，这对余晖辐射机制有何启示？

主要发现

• GRB 030329表现出迄今观测到的最明亮的亚毫米波余晖，其850 µm处的峰值流量密度与约爆发后7天的喷流转折一致。
• 850 µm的流量密度在转折点之前保持近似恒定，表明余晖衰减曲线呈现平滑过渡。
• 转折前光谱指数为+2和+1/3，转折后为-1/2，峰值频率在转折前移至约90 GHz。
• 采用恒定光谱指数与移动光谱转折点的简单模型可拟合数据，且转折点随时间向更长波长移动。
• 未检测到宿主星系的显著亚毫米波辐射，850 µm处的3σ上限为-0.8 ± 1.6 mJy，450 µm处为17 ± 14 mJy。
• 光 light curve 未出现短暂的明亮化，但在爆发后约16天前可能存在一次流量下降，提示可能存在第二个转折点或变异性。