[논문 리뷰] The Progenitors of Short-Hard Gamma-Ray Bursts from an Extended Sample of Events

A. Gal‐Yam, Ehud Nakar외 12명|2005. 09. 29.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 8인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 광학 및 X선 관측을 통해 주로 알려진 은하 또는 적색이동이 있는 단단한 하드 감마선 폭발(SHBs)의 표본을 확장하며, 두 개의 새로운 유력한 은하계 주변을 식별하고, SHB의 원천 천체가 일반적으로 Ia 초신성의 원천 천체보다 오래된 것으로 확인하며, 중간 수명이 수십억 년에 이르는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 짧은 지연 시간을 예측하는 표준 중성자별 융합 모델을 도전하며, SHB는 주로 중간 적색이동에서 오래된 별 집합체에서 발생하는 경향이 있으며, 은하단과 관련이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The detection of the afterglow emission and host galaxies of short-hard gamma-ray bursts (SHBs) is one of the most exciting recent astronomical discoveries. Indications that SHB progenitors belong to old stellar populations, in contrast to those of the long-soft GRBs, provide a strong clue about their physical nature. Definitive conclusions however are limited by the small number of SHBs with known hosts. Here, we present our investigation of SHBs previously localized by the interplanetary network (IPN) using new and archival optical and X-ray observations. We show that we can likely identify the host galaxies/clusters for additional two bursts, significantly increasing the sample of SHBs with known hosts and/or distances. In particular, we determine that the bright SHB 790613 occurred within the rich galaxy cluster Abell 1892, making it probably the nearest SHB currently known. We show that the brightest galaxy within the error box of SHB 000607, at z=0.14, is most likely the host galaxy of this event. Additionally, we rule out the existence of galaxy overdensities (down to ~21mag) near the locations of two other SHBs, and set a lower limit on their probable redshift. We combine our SHB sample with events discovered recently by the Swift and HETE-2 missions, and investigate the properties of the extended sample. Comparison to SNe Ia shows that the progenitors of SHBs are typically older, implying a typical life time of several Gy. We also show that it is unlikely that there is a significant population of progenitors with life time shorter than 1Gy. This result disfavors the popular model of NS-NS mergers as the progenitors of SHBs.

연구 동기 및 목표

• 제한된 사전 국소화 정보를 가진 단단한 하드 감마선 폭발(SHBs)의 은하계 또는 은하단을 식별하고 확인하기 위해.
• 은하계 유형과 적색이동을 분석함으로써 SHB의 일반적인 원천 천체 연령을 규명하기 위해.
• 관측 제약 조건에 비추어 별 중성자별 융합 모델이 SHB 원천 천체에 대해 타당한지 테스트하기 위해.
• 장수명 원천 천체의 영향을 고려하여 SHB 적색이동 분포 및 중력파 복사체 탐지 가능성에 대한 함의를 평가하기 위해.

제안 방법

• SHB의 행성 간 네트워크(IPN) 오차 상자 내에서 은하계 또는 은하단을 찾기 위해 신규 및 기존의 광학 및 X선 관측을 사용하였다.
• 은하계 연관성의 가능성을 평가하기 위해 통계적 분석을 적용하였으며, 적색이동 일치 및 r ≈ 21 등급까지의 은하 과밀도 탐지 기준을 포함하였다.
• 확장된 SHB 표본을 스위프트 및 헤테-2 임무의 사건들과 결합하여 은하계 유형과 적색이동 분포를 분석하였다.
• 명확한 은하계 연관성이 없는 SHB의 경우, 감지 가능한 은하 과밀도가 없음을 바탕으로 적색이동 하한을 계산하였다.
• 관측된 SHB 적색이동 및 은하계 유형 분포를 중성자별 융합 모델과 별 형성 역학에 기반한 예측과 비교하였다.
• 계층적 은하 형성 모델을 사용하여 중간 적색이동에서 은하단 환경 선호의 의미를 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하계 특성과 적색이동을 바탕으로 SHB 원천 천체의 일반적인 연령는 무엇인가요?
• RQ2 다중 파장 후속 관측을 통해 이전에 국소화되지 않은 SHB의 은하계 또는 은하단을 식별할 수 있나요?
• RQ3 중성자별 융합 모델은 관측된 SHB 적색이동 및 은하계 유형 분포와 일치합니까?
• RQ4 장수명 원천 천체가 SHB 적색이동 분포와 집합성에 미치는 영향은 무엇입니까?
• RQ5 지역 SHB 발생률은 이전 추정치와 어떻게 비교되며, 이는 중력파 탐지에 어떤 함의를 갖나요?

주요 결과

• 밝은 SHB 790613은 매우 풍부한 은하단 아벨 1892 내에서 발생한 것으로 매우 가능성이 높으며, z ≈ 0.1405에서 알려진 가장 가까운 SHB로 간주된다.
• SHB 000607의 오차 상자 내에서 가장 밝은 은하계는 z = 0.1405에서 그 주변으로 가장 가능성이 높으며, 높은 통계적 유의성로 확인되었다.
• SHB의 원천 천체는 일반적으로 Ia 초신성의 원천 천체보다 오래되었으며, 중간 수명이 수십억 년에 이르며, 약 10억 년의 짧은 지연 시간 예측과 일치하지 않는다.
• 관측된 SHB 적색이동 분포는 짧은 수명의 원천 천체를 포함하는 표준 중성자별 융합 모델과 일치하지 않으며, 이는 상당한 수의 짧은 수명 원천 천체가 존재해야 한다는 예측을 반박한다.
• 표본은 z ≈ 0.5 이상의 SHB가 오래된 별 집합체가 집중된 곳인 은하단에서 선호적으로 발생할 것임을 시사한다.
• 지역 SHB 발생률은 >10 Gpc⁻³ yr⁻¹로 추정되며, 이는 이전 추정치보다 뚜렷하게 높으며, 고감도 라이고(LIGO)의 중력파 탐지 가능성을 높인다.