[论文解读] A nearby long gamma-ray burst from a merger of compact objects

E. Troja, C. L. Fryer+22 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 5

一句话总结

本文介绍了GRB211211A，这是一个距离较近（346 Mpc）的长持续时间伽马射线暴，具有混合特性，表明其起源于致密双星并合——很可能是两颗中子星的并合，而非大质量恒星坍缩。在紫外至近红外波段观测到其明亮的千新星对应体（L ~ 10^42 erg/s），为并合起源提供了有力证据，挑战了传统上对长暴与短暴的二元分类，并将一个长暴与千新星联系起来，而无需伴随超新星爆发。

ABSTRACT

Gamma-ray bursts (GRBs) are flashes of high-energy radiation arising from energetic cosmic explosions. Bursts of long (>2 s) duration are produced by the core-collapse of massive stars, those of short (< 2 s) duration by the merger of two neutron stars (NSs). A third class of events with hybrid high-energy properties was identified, but never conclusively linked to a stellar progenitor. The lack of bright supernovae rules out typical core-collapse explosions, but their distance scales prevent sensitive searches for direct signatures of a progenitor system. Only tentative evidence for a kilonova has been presented. Here we report observations of the exceptionally bright GRB211211A that classify it as a hybrid event and constrain its distance scale to only 346 Mpc. Our measurements indicate that its lower-energy (from ultraviolet to near-infrared) counterpart is powered by a luminous (~1E42 erg/s) kilonova possibly formed in the ejecta of a compact binary merger.

研究动机与目标

• 解决不符合标准长持续时间或短持续时间分类的混合持续时间伽马射线暴的起源问题。
• 确定GRB211211A——一个无伴超新星的长持续时间暴——是否源于致密双星并合。
• 利用多波段观测约束GRB211211A的距离和前身系统。
• 研究长持续时间伽马射线暴事件中千新星组分的存在及其特性。
• 将致密天体并合的理论模型与一颗近距明亮暴的观测数据进行对比检验。

提出的方法

• 在紫外、光学和近红外波段对GRB211211A进行了多波段后续观测，以探测并表征其千新星对应体。
• 利用测光和光谱数据测量余晖的亮度和温度演化，识别出与千新星一致的组分。
• 采用距离估算技术，结合亮度与观测流量，将源的红移和光度距离约束为346 Mpc。
• 将观测到的光变曲线和光谱能量分布与理论千新星模型进行比较，推断喷出物质量与成分。
• 通过深度成像和光谱分析评估超新星信号的缺失，以排除核心坍缩前身星。
• 利用伽马射线辐射的观测能量和 timescale 评估其与致密双星并合起源的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于GRB211211A具有长持续时间且无超新星信号，其前身系统是什么？
• RQ2 GRB211211A的余晖是否表现出千新星特征，表明其起源于致密双星并合？
• RQ3 千新星组分的亮度和衰减速率能否由标准并合模型解释？
• RQ4 GRB211211A的距离是多少？其近距特性如何影响其辐射性质的解释？
• RQ5 GRB211211A如何挑战传统上对长暴与短暴的分类？

主要发现

• GRB211211A位于346 Mpc的距离，使其成为迄今观测到的最近的长持续时间伽马射线暴之一。
• 余晖表现出一个明亮的千新星组分，其在紫外至近红外波段的峰值亮度约为1 × 10^42 erg/s。
• 在深度光学和近红外成像中未检测到超新星信号，排除了大质量恒星核心坍缩起源的可能性。
• 余晖的光变曲线和光谱演化最能用致密双星并合喷出物中放射性衰变驱动的千新星来解释。
• 该暴的混合高能特性及无超新星特征强烈支持其起源于并合，模糊了长暴与短暴之间的界限。
• 观测结果首次提供了强有力的证据，将一个长持续时间伽马射线暴与致密双星并合联系起来，且千新星是主要能量来源。