[論文レビュー] Triggering Short Gamma-Ray Bursts search with gravitational wave events

Andrea Maselli, Valeria Ferrari|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、ブラックホール-中性子星連星の合体から得られる重力波（GW）トレiggersを用いて、短いガンマ線バースト（GRB）の検出を向上させる手法を提案する。半解析的フィットを用いて円盤質量および潮汐歪み度数を推定することで、GRB生成の確率を評価する。これにより、標的的で低遅延のGW検索が可能となり、連星の力学的挙動および中性子星の構造に関する知見が得られる。

ABSTRACT

We propose a procedure to be used in the search for gravitational waves from black hole-neutron star coalescing binaries, in coincidence with short gamma-ray bursts. It is based on two recently proposed semi-analytic fits, one reproducing the mass of the remnant disk surrounding the black hole which forms after the merging as a function of some binary parameters, the second relating the neutron star compactness, i.e. the ratio of mass and radius, with its tidal deformability. Using a Fisher matrix analysis and the two fits, we assign a probability that the emitted gravitational signal is associated to the formation of an accreting disk massive enough to supply the energy needed to power a short gamma ray burst. This information can be used in low-latency data analysis to restrict the parameter space searching for gravitational wave signals in coincidence with short gamma-ray bursts, and to gain information on the dynamics of the coalescing system and on the internal structure of the components. In addition, when the binary parameters will be measured with high accuracy, it will be possible to use this information to trigger the search for off-axis gamma-ray bursts afterglows.

研究の動機と目的

• ブラックホール-中性子星合体からの重力波（GW）トレiggersを活用することで、短いガンマ線バースト（GRB）検索の効率を向上させること。
• 短いGRBを駆動できるだけの質量を持つ円盤が形成される確率を推定することで、低遅延GW検索のパラメータ空間を縮小すること。
• 潮汐歪み度数と残渣円盤質量のモデリングを通じて、中性子星の内部構造に関する制約を導出すること。
• 高精度で二重星パラメータが測定された場合に、非軸対称GRB後の放射の検索を可能にする。

提案手法

• 二重星パラメータの関数として、ブラックホール-中性子星合体後に形成される降着円盤の質量を半解析的フィットで推定する。
• 中性子星のコンパクトネス（質量/半径比）とその潮汐歪み度数の間の関係を示す第二の半解析的フィットを適用する。
• フィッシャー行列解析を用いて、重力波信号が短いGRBを駆動できるほど十分に質量の大きな円盤を伴う確率を定量化する。
• 二つのフィットを統合し、観測可能な二重星パラメータに基づいてGRB生成の確率を評価する。
• 得られた確率分布を用いて、短いGRBトレiggersと一致するGWパラメータ空間の検索を優先順位付けする。
• 今後、高精度な二重星パラメータ測定を活用して、非軸対称GRB後の放射の検索をトリガーできるようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラックホール-中性子星合体が、短いガンマ線バーストを駆動できるほど十分に質量の大きな降着円盤を生成する確率は何か？
• RQ2 潮汐歪み度数と中性子星のコンパクトネスは、GWトリガー付きのGRB検索におけるGRB生成の確率にどのように寄与するか？
• RQ3 円盤質量および潮汐歪み度数の半解析的モデルは、低遅延GW-GRB一致検索をどの程度向上できるか？
• RQ4 高精度な二重星パラメータ測定を用いて、非軸対称GRB後の放射の検索をトリガーできるか？
• RQ5 合体系の力学的挙動および中性子星の内部構造は、関連するGRBの検出可能性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 本手法は、ブラックホール-中性子星連星からの重力波信号が、短いガンマ線バーストを駆動できるほど十分に質量の大きな円盤を伴う確率を割り当てる。
• フィッシャー行列解析により、短いGRBと一致する信号の検索におけるパラメータ空間の効率的制限が可能になる。
• コンパクトネスと潮汐歪み度数の間の関係を通じて、中性子星の内部構造に関する制約が得られる。
• 高精度な二重星パラメータが利用可能になると、本手法を用いて非軸対称ガンマ線バースト後の放射の検索をトリガーできる。
• 円盤質量および潮汐歪み度数の半解析的フィットを統合することで、物理的に妥当でデータ駆動型のGW-GRB一致の優先順位付けが可能になる。
• 本フレームワークは、最も有望な候補イベントに焦点を当てることで、GW-GRBマルチメッセンジャーアストロノミーの科学的帰結を高める。