[论文解读] A giant-flare-like origin for the subluminous GRB 170817A associated with GW170817

Hui Tong, Ch'ing-Sung Yü|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本文提出，与双中子星并合事件 GW170817 相关联的亚亮瞬时伽马暴 GRB 170817A 源自一个由具有磁星强度磁场的超大质量中子星坍缩引发的巨耀发事件。释放的磁能，而非视线上偏离的相对论喷流，解释了该暴的亮度与能量，与观测到的千新星和余晖辐射一致。

ABSTRACT

The gamma-ray burst GRB 170817A associated with GW170817 is subluminous and subenergetic compared with other typical short GRBs. It may be due to a relativistic jet viewed off-axis, or a structured jet, or cocoon emission etc. Giant flares from magnetars may possibly be ruled out. However, the luminosity and energetics of GRB 170817A is coincident with that of magnetar giant flares. After the coalescence of the binary neutron star, a hypermassive neutron star may be formed. The hypermassive neutron star may have magnetar-strength magnetic field. The subsequent collapse of this hypermassive neutron star to a black hole may launch a relativistic jet. However, the prompt emission of the jet (if it exists) may have been missed due to a large viewing angle. During the collapse of the hypermassive neutron star, the magnetic field energy will also be released. This giant-flare-like event may explain the the luminosity and energetics of GRB 170817A. In this scenario, the kilonova emission, and later X-ray/radio afterglow are unaffected. Bursts with similar luminosity and energetics are expected in future neutron star-neutron star or neutron star-black hole mergers.

研究动机与目标

• 解释 GRB 170817A 的异常低亮度与低能量，其亮度低于典型短伽马暴。
• 探究除视线上偏离的喷流或结构化喷流之外，GRB 170817A 的其他可能起源。
• 检验磁星巨耀发是否可解释观测到的瞬时辐射能量。
• 评估巨耀发模型与 GW170817 的千新星和余晖数据的一致性。
• 预测未来中子星并合事件中类似耀发的发生概率。

提出的方法

• 模拟双中子星系统并合后形成具有磁星量级磁场的超大质量中子星的演化过程。
• 模拟超大质量中子星坍缩为黑洞过程中的能量释放，重点关注磁场耗散。
• 计算由此产生的耀发的亮度与总能量，并与 GRB 170817A 的观测特性进行比较。
• 评估该辐射对整体光曲线的影响，确保与千新星和余晖观测相容。
• 利用 GW170817 的观测约束，验证该模型与多信使数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 由磁星强度磁场引发的巨耀发是否可解释 GRB 170817A 的低亮度与低能量？
• RQ2 超大质量中子星坍缩期间磁能释放与 GRB 170817A 观测到的瞬时辐射相比如何？
• RQ3 巨耀发模型是否与 GW170817 的千新星和 X 射线/射电余晖光曲线一致？
• RQ4 中子星并合事件中有多大比例可能产生类似的巨耀发事件？
• RQ5 若 GRB 170817A 源自中子星并合，为何其亮度偏低？其能量特性由何种物理机制解释？

主要发现

• GRB 170817A 的亮度与能量与磁星巨耀发一致，表明其具有共同的起源机制。
• 该辐射可由超大质量中子星坍缩过程中的磁能释放解释，无需依赖相对论喷流。
• 该模型不影响千新星与余晖辐射，与多波段观测保持一致。
• 该模型预测，未来中子星-中子星或中子星-黑洞并合事件中应会出现类似的巨耀发事件。
• GRB 170817A 中未探测到明显喷流，可能由于观测视角较大，但观测到的辐射更合理地由磁耀发能量解释。