[论文解读] The Panchromatic Afterglow of GW170817: The full uniform dataset, modeling, comparison with previous results and implications

Sphesihle Makhathini, K. P. Mooley+36 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 125被引用 56

一句话总结

本文通过重新处理来自多个望远镜的射电、光学和X射线数据，构建了GW170817合并后0.5至940天内统一的全波段余晖光变曲线，最小化了不同数据集之间的系统性差异。结果确认了恒定的谱指数−0.584±0.002，从而精确测得电子幂律指数p = 2.168±0.004，并表明在建模中必须包含甚长基线干涉测量（VLBI）测得的自行运动，才能准确估计视线方向，从而排除了磁场强度在10^10.4 G至10^16 G之间的长寿命中子星残骸的存在。

ABSTRACT

We present the full panchromatic afterglow light curve data of GW170817, including new radio data as well as archival optical and X-ray data, between 0.5 and 940 days post-merger. By compiling all archival data, and reprocessing a subset of it, we have evaluated the impact of differences in data processing or flux determination methods used by different groups, and attempted to mitigate these differences to provide a more uniform dataset. Simple power-law fits to the uniform afterglow light curve indicate a $t^{0.86\pm0.04}$ rise, a $t^{-1.92\pm0.12}$ decline, and a peak occurring at $155\pm4$ days. The afterglow is optically thin throughout its evolution, consistent with a single spectral index ($-0.584\pm0.002$) across all epochs. This gives a precise and updated estimate of the electron power-law index, $p=2.168\pm0.004$. By studying the diffuse X-ray emission from the host galaxy, we place a conservative upper limit on the hot ionized ISM density, $<$0.01 cm$^{-3}$, consistent with previous afterglow studies. Using the late-time afterglow data we rule out any long-lived neutron star remnant having magnetic field strength between 10$^{10.4}$ G and 10$^{16}$ G. Our fits to the afterglow data using an analytical model that includes VLBI proper motion from Mooley et al. (2018), and a structured jet model that ignores the proper motion, indicates that the proper motion measurement needs to be considered while seeking an accurate estimate of the viewing angle.

研究动机与目标

• 通过重新处理档案数据并最小化通量测定与处理方法的差异，创建GW170817全波段余晖的一致、统一的数据集。
• 确定合并后0.5至940天内射电、光学和X射线波段余晖光变曲线的演化特性。
• 评估数据处理差异对通量测量的影响，并提高多波段余晖建模的可靠性。
• 检验结构化喷流模型的有效性，并评估自行运动在视线方向与喷流张角估计中的作用。
• 基于晚期余晖衰减，对任何潜在的长寿命中子星残骸的性质施加约束。

提出的方法

• 汇编并重新处理来自多个望远镜（VLA、ATCA、MeerKAT、Swift、Chandra、HST、NuSTAR、LOFAR）的档案射电、光学和X射线数据，以确保通量校准和误差估计的一致性。
• 应用校正因子（eMERLIN为0.6，ATCA为0.8）以对齐各仪器间的通量密度，减少系统性偏差。
• 对统一的光变曲线拟合简单幂律，以确定所有波段的上升与衰减指数。
• 将Mooley等人（2018a）通过VLBI测得的自行运动纳入解析余晖建模中，以评估其对视线方向与喷流几何约束的影响。
• 采用包含或不包含自行运动的结构化喷流模型，比较视线方向估计结果并评估模型敏感性。
• 在所有观测历元进行谱指数分析，以检验谱演化并确认光学薄同步辐射发射。

实验结果

研究问题

• RQ1 当最小化数据处理中的系统性差异时，GW170817的全波段余晖光变曲线的真实形态是什么？
• RQ2 电子能量谱指数p的精确值是多少？它如何约束出流中的电子加速机制？
• RQ3 在余晖建模中包含VLBI测得的自行运动如何影响视线方向与喷流张角的估计？
• RQ4 基于晚期余晖衰减，可以对长寿命中子星残骸的存在施加哪些约束？
• RQ5 余晖发射在整个演化过程中是否保持光学薄状态？其谱指数是否保持恒定？

主要发现

• 余晖光变曲线呈现t^0.86±0.04的上升和t^−1.92±0.12的衰减，在合并后155±4天达到峰值。
• 所有历元的谱指数保持恒定在−0.584±0.002，确认了整个余晖演化过程中均为光学薄同步辐射发射。
• 电子幂律指数被精确测定为p = 2.168±0.004，为出流中电子加速机制提供了强有力的约束。
• 宿主星系中热电离ISM的密度被约束在<0.01 cm⁻³以内，与以往的余晖研究结果一致。
• 晚期余晖数据排除了磁场强度在10^10.4 G至10^16 G之间的任何长寿命中子星残骸。
• 在建模中必须包含VLBI测得的自行运动才能准确估计视线方向；忽略它将导致结果偏差。