[论文解读] Swift GRBs and the Ep,i - Eiso correlation

L. Amati|ArXiv.org|Nov 6, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 4

一句话总结

本文分析了Swift伽马射线暴（GRBs），以检验$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性，发现所有具有已知红移的长暴均与该相关性一致，而短暴则不符合，支持其具有不同的辐射机制。值得注意的是，短暴GRB 050724的软谱尾部位于相关性曲线上，表明其具有相似的物理机制，但效率较低。

ABSTRACT

The Ep,i - Eiso correlation is one of the most intriguing and debated observational evidences in Gamma-Ray Bursts (GRB) astrophysics. Swift, with its high sensitivity and fast pointing capabilities, is reducing a lot the impact of selection effects in the sample of GRBs with known redshift (and thus Ep,i and Eiso). Moreover, in several cases it allows the detection of the soft tail of the prompt emission, and thus a more accurate estimate of Ep,i with respect to previous satellites. I present and discuss the location in the Ep,i - Eiso plane of Swift GRBs with known redshift and estimated Ep,i, showing that all long events (including peculiar events like GRB060218 and GRB060614) are consistent with the Ep,i - Eiso correlation. In contrast, short GRBs are not consistent with it, an evidence further supporting the hypothesis of different emission mechanisms at work in the two classes of GRBs. I also show, and briefly discuss, the intriguing evidence that the soft tail of the short GRB050724 is consistent with the correlation.

研究动机与目标

• 为了检验在选择效应减少的Swift伽马射线暴样本中，$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性的稳健性。
• 为了研究短暴是否偏离该相关性，暗示其与长暴具有不同的辐射机制。
• 为了检查短暴中如GRB 050724所示的延长软辐射是否与该相关性一致。
• 为了评估该相关性是否为观测偏倚的产物，还是伽马射线暴辐射的根本属性。

提出的方法

• 利用Swift的高灵敏度和快速指向能力，减少了具有已知红移的伽马射线暴样本中的选择效应。
• 从BAT、XRT及其他仪器（如HETE-2、Konus/Wind）收集了23个具有红移的Swift伽马射线暴的$E_{\rm p,i}$和$E_{\rm iso}$值。
• 在$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$平面上应用幂律拟合，采用关系式$E_{\rm p,i} = K \times E_{\rm iso}^m$，其中$K \sim 75$--$110$，$m \sim 0.4$--$0.6$。
• 对于BAT谱偏硬的事件，使用光子指数和能量 band 确定$E_{\rm p,i}$的下限，以设定保守的边界。
• 结合BAT与XRT数据，估算GRB 050724软谱尾部的$E_{\rm p,i}$和$E_{\rm iso}$。
• 在$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$平面上绘制所有伽马射线暴，并将其位置与相关性曲线及95%置信区域进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在潜在选择效应，长Swift伽马射线暴是否与$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性一致？
• RQ2 具有已知红移的短伽马射线暴是否偏离$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性，表明其具有与长暴不同的辐射机制？
• RQ3 短暴GRB 050724中的延长软辐射是否与$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性一致？
• RQ4 该相关性是否可解释为选择效应的结果，还是伽马射线暴辐射的根本属性？
• RQ5 GRB 050724软谱尾部的位置对伽马射线暴辐射机制的普适性有何启示？

主要发现

• 所有17个估算出$E_{\rm p,i}$的长Swift伽马射线暴均与$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性一致，其$E_{\rm iso}$覆盖了超过4个数量级，$E_{\rm p,i}$覆盖了3个数量级。
• 五个仅具有$E_{\rm p,i}$下限/上限的长暴也位于相关性区域内，支持该相关性的稳健性。
• 短暴（如050509b、050813、051221）显著位于相关性曲线上方，表明其具有不同的辐射机制。
• 短暴GRB 050724的软谱尾部具有$E_{\rm p,i} \approx 11$ keV和$E_{\rm iso} \approx 0.035 \times 10^{52}$ erg，位于$E_{\rm p,i}$--$E_{\rm iso}$相关性曲线上。
• 唯一明显偏离相关性的例外是奇特的GRB 980425，而其他所有长暴及GRB 050724的软谱尾部均与之对齐。
• 长暴及GRB 050724软谱尾部与相关性的一致性，即使在选择效应减少的情况下依然成立，支持该相关性为根本关系，而非观测偏倚的产物。