[論文レビュー] X-ray flashes and X-ray rich Gamma Ray Bursts

John Heise, J. J. M. in ’t Zand+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2001

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、X線フラッシュ（XRFs）を、ピークX線放射（2–10 keV）がガンマ線放射（50–300 keV）よりも最大100倍も明るく、スペクトルが非常にソフトなためガンマ線モニタで検出されない、極めてX線に偏ったガンマ線バースト（GRBs）として同定する。著者らは、XRFsが高赤方偏移GRBsではなく、宇宙的フレイムボール状況の自然な延長であり、出流内のバリオン負荷が低いためにスペクトルがやや軟らかく、ガンマ線に比べてX線の放射度が高くなると考えている。

ABSTRACT

X-ray flashes are detected in the Wide Field Cameras on BeppoSAX in the energy range 2-25 keV as bright X-ray sources lasting of the order of minutes, but remaining undetected in the Gamma Ray Bursts Monitor on BeppoSAX. They have properties very similar to the x-ray counterparts of GRBs and account for some of the Fast X-ray Transient events seen in almost every x-ray satellite. We review their X-ray properties and show that x-ray flashes are in fact very soft, x-ray rich, untriggered gamma ray bursts, in which the peak energy in 2-10 keV x-rays could be up to a factor of 100 larger than the peak energy in the 50-300 keV gamma ray range. The frequency is ~100 per year.

研究の動機と目的

• BeppoSAXのワイドフィールドカメラ（WFC）が検出したX線フラッシュ（XRFs）を、一貫した一時的X線源のクラスとして特徴づけること。
• XRFsが明るいX線放射を示すにもかかわらず、なぜBeppoSAXガンマ線バーストモニタ（GRBM）で検出されないかを特定すること。
• スペクトルエネルギー分布、継続時間、フラックス比の観点から、XRFsと古典的GRBsを比較し、それらの物理的起源を評価すること。
• XRFsが高赤方偏移GRBsであるのか、それとも宇宙的フレイムボールモデル内での別個の集団であるのかを検証すること。
• X線対ガンマ線フラックス比を定量的に評価し、GRBのビーミングおよび前身天体モデルに与える影響を検討すること。

提案手法

• BeppoSAXのWFCが2–25 keV帯で検出した17例のXRFsを、光曲線、スペクトルフィット、局所化データを用いて分析した。
• X線のパワー・ロウスペクトル（2–25 keV）を40–700 keV範囲に外挿し、GRBMおよびBATSE機器による検出可能性を推定した。
• BATSEデータを用いて16例の古典的GRBsと9例のXRFsの間で、2–10 keV X線対50–300 keVガンマ線のフラックス比を比較した。
• T90継続時間とスペクトルインデックスの統計的分析を用い、XRFsと古典的GRBsを比較し、高赤方偏移解釈を除外した。
• バリオン負荷がローレンツ因子とスペクトルの硬さをどのように決定するかを検討することで、XRFsが宇宙的フレイムボールモデルと整合するかを評価した。
• ROSAT、HEAO-1、Einsteinのアーカイブデータと照合し、XRFsの位置を特定し、背景雑音の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XRFsは明るいX線放射を示すにもかかわらず、なぜBeppoSAXのGRBMで検出されないのか？
• RQ2 XRFsのX線対ガンマ線フラックス比は、古典的GRBsと比べてどうなっており、これによりスペクトルエネルギー分布にどのような示唆があるか？
• RQ3 XRFsは、ガンマ線放射がX線帯にシフトした高赤方偏移GRBsと整合するのか？
• RQ4 XRFsの時間的およびスペクトル的性質は、宇宙的フレイムボールモデルの自然な延長として説明できるのか？
• RQ5 バリオン負荷のような物理的メカニズムが、観測されたスペクトルの軟らかさと高いX線放射度を説明できるのか？

主な発見

• XRFsは高赤方偏移GRBsではなく、z > 5の領域では時間遅延効果が予想されるT90継続時間分布にその痕跡が見られないことから、そうではない。
• XRFsのX線対ガンマ線ピークフラックス比は最大100倍まで拡張しており、古典的GRBsで見られる典型的な比を著しく上回っている。
• XRFsと古典的GRBsのX線フラックス量比は最大20倍まで拡張しており、XRFsに顕著なX線エネルギーの過剰が示唆されている。
• XRFsはBATSEの25–50 keVおよび50–100 keVチャンネルで検出されているが、インストルメントのトリガーを発動しないことから、ガンマ線帯でスペクトルが非常にソフトであることが確認された。
• XRFsのスペクトルフィットでは、ガンマ線吸収を伴うパワー・ロウX線スペクトル（光子指数1.2～3.0）が得られ、軟らかく延長された放射成分に一致している。
• 著者らは、XRFsはバリオン負荷が低いことで、スペクトルが軟らかくガンマ線に比べてX線放射度が高くなる宇宙的フレイムボールモデルによって最もよく説明されると結論づけた。