[论文解读] GRB 990510: linearly polarized radiation from a fireball

S. Covino, Davide Lazzati+13 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 8

一句话总结

本文首次检测到伽马射线暴 GRB 990510 光学余晖中的线性偏振，于爆发后约 18.5 小时在 R 波段测得偏振度为 1.7% ± 0.2%。该结果支持余晖的同步辐射起源，并限制了喷流中磁场的几何结构，排除了尘埃引起的偏振作为其来源。

ABSTRACT

Models for gamma-ray burst afterglows envisage an hyper-relativistic fireball that is decelerated in the ambient medium around the explosion site. This interaction produces a shock wave which amplifies the magnetic field and accelerates electrons to relativistic energies, setting the conditions for an efficient production of synchrotron photons. If produced in a region of large-scale ordered magnetic field, synchrotron radiation can be highly polarized. The optical transient associated with GRB 990510 was observed ~18.5 hr after the event and linear polarization in the R band was measured at a level of 1.7 +/- 0.2 %. This is the first detection of linear polarization in the optical afterglow of a gamma-ray burst. We exclude that this polarization is due to dust in the interstellar material, either in our Galaxy or in the host galaxy of the gamma-ray burst. These results provide important new evidence in favor of the synchrotron origin of the afterglow emission, and constrains the geometry of the fireball and/or magnetic field lines.

研究动机与目标

• 通过测量偏振，确定 GRB 990510 光学余晖辐射的起源。
• 检验观测到的偏振是否源于银河系或宿主星系中的星际尘埃。
• 评估偏振对喷流几何结构和磁场构型的影响。
• 提供支持伽马射线暴余晖同步辐射发射模型的观测证据。

提出的方法

• 在 GRB 990510 爆发后约 18.5 小时，对余晖进行了光学偏振测量。
• 使用配备偏振仪器的地基望远镜，在 R 波段进行测量。
• 通过比较通过正交偏振片透射的光强来确定偏振水平。
• 将观测到的偏振与尘埃引起的偏振模型进行比较，以排除星际介质的影响。
• 利用具有有序磁场的相对论性喷流的同步辐射理论模型来解释结果。
• 基于观测到的偏振度和方向，推导出对磁场几何结构的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRB 990510 的光学余晖是否呈现线性偏振？如果是，其偏振度为多少？
• RQ2 观测到的偏振是否可归因于银河系或宿主星系中的星际尘埃？
• RQ3 测量到的偏振是否支持伽马射线暴余晖的同步辐射模型？
• RQ4 偏振测量对喷流几何结构和磁场构型施加了何种约束？

主要发现

• GRB 990510 的光学余晖在 R 波段表现出 1.7% ± 0.2% 的线性偏振。
• 测得的偏振与银河系或爆发宿主星系中星际尘埃的贡献不一致。
• 该检测为余晖辐射起源于同步辐射机制提供了有力证据。
• 偏振水平限制了磁场几何结构，支持发射区域存在大尺度有序磁场。