[论文解读] Extragalactic Transients in the Era of Wide-Field Radio Surveys. I. Detection Rates and Light Curve Characteristics

Brian D. Metzger, Peter K. G. Williams+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 14被引用 9

一句话总结

本文通过结合光度函数、红移演化、K校正和真实观测参数的蒙特卡洛模拟，评估了未来大视场射电巡天中河外同步辐射暂现源的探测潜力。结果表明，SKA在0.1–1 GHz频段的巡天可探测到数千个暂现源，主要为长暴和短暴伽马射线暴（GRBs）、潮汐瓦解事件（TDEs）以及中子星-中子星并合事件，而近中期巡天将探测到少于50个事件。

ABSTRACT

The impending era of wide-field radio surveys has the potential to revolutionize our understanding of astrophysical transients. Here we evaluate the prospects of a wide range of planned and hypothetical radio surveys using the properties and volumetric rates of known and hypothetical classes of extragalactic synchrotron radio transients (e.g., on- and off-axis gamma-ray bursts [GRB], supernovae, tidal disruption events [TDE], compact object mergers). Utilizing these sources and physically motivated considerations we assess the allowed phase-space of radio luminosity and peak timescale for extragalactic transients. We also include for the first time effects such as redshift evolution of the rates, K-corrections, and non-Euclidean luminosity distance, which affect the detection rates of the most sensitive surveys. The number of detected events is calculated by means of a Monte Carlo method, using the various survey properties (depth, cadence, area) and realistic detection criteria that include a cut on the minimum variability of the transients during the survey and an assessment of host galaxy contamination. Near-term GHz frequency surveys (ASKAP/VAST, Very Large Array Sky Survey) will detect few events:

研究动机与目标

• 预测未来大视场射电巡天中可探测到的河外同步辐射暂现源的数量和类型。
• 在考虑真实巡天参数（包括深度、观测频率、面积和探测标准）的前提下，量化探测率。
• 评估宇宙学效应（如红移演化、K校正和非欧几里得光度距离）对探测率的影响。
• 评估在不同巡天配置下，暂现源光变曲线（上升时间、衰减时间、峰值亮度）的表征精度。
• 对不同巡天波段中可探测暂现源的射电光度与 timescale 进行相空间分析。

提出的方法

• 使用蒙特卡洛模拟生成基于已知和假设源类（如GRBs、超新星、TDEs、NS-NS并合）的合成暂现源群体。
• 为每类暂现源引入物理解释的光度函数、体积发生率和红移演化模型。
• 应用K校正和非欧几里得光度距离，以模拟不同红移下流量的演化。
• 实施真实探测标准：最小变异性阈值和宿主星系污染评估。
• 通过将模拟的流量密度与巡天深度和观测频率比较，计算每项巡天的探测率。
• 通过确定具有可测量上升时间、衰减时间和峰值亮度的源的比例，量化光变曲线表征的质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 近中期和未来的大视场射电巡天预计可探测到多少河外同步辐射暂现源？
• RQ2 在不同频段中，哪些暂现源类型（如GRBs、TDEs、NS-NS并合）主导探测率？
• RQ3 宇宙学效应（如红移演化和K校正）如何影响深巡天中的探测率？
• RQ4 在不同巡天配置下，探测到的暂现源光变曲线（如上升时间、峰值流量）的预期保真度如何？
• RQ5 巡天的观测频率、深度和面积如何影响快时标和慢时标暂现源的可探测性？

主要发现

• 近中期GHz频段巡天（如ASKAP/VAST、VLA Sky Survey）预计可探测到少于30–50个轴向和非轴向长暴伽马射线暴（GRBs）以及非轴向TDEs。
• 若约1%的中子星并合事件产生稳定的毫秒磁星，则中子星双星并合的探测率可能达到约10–20次。
• 低频巡天（如LOFAR）由于灵敏度和源混淆限制，极不可能探测到任何暂现源。
• 假设性毫米波巡天可能探测到约40个轴向长暴伽马射线暴，但仅在乐观假设下成立。
• SKA在0.1–1 GHz频段的巡天有潜力探测到数千个暂现源，主要为轴向和非轴向长暴伽马射线暴、轴向短暴伽马射线暴、非轴向TDEs以及磁星驱动的NS-NS并合事件。
• 探测率显著受宇宙学修正影响：忽略K校正和非欧几里得距离可能导致可探测源数目的严重低估。