[论文解读] GRBs 070429B and 070714B: The High End of the Short-Duration Gamma-Ray Burst Redshift Distribution

S. B. Cenko, E. Berger+12 more|ArXiv.org|Feb 7, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 16

一句话总结

本研究通过光学光谱分析GRB 070429B和GRB 070714B宿主星系的红移，利用[O II] λ3727发射线确认两者均位于红移z ≈ 0.9。研究结果证实了在z > 0.7存在显著数量的短时标伽马射线暴，挑战了具有窄延迟时间分布的先前模型，并暗示更高的各向同性能量释放和更宽的前身天体延迟时间。

ABSTRACT

We present optical spectra of the host galaxies of the short-duration gamma-ray burst GRB 070429B and the likely short-duration with extended emission GRB 070714B. In both cases, we find a single emission line that we identify as O II lambda 3727 at z ~ 0.9. Both events are more distant than any previous short-duration GRB with a secure host association from the sub-arcsecond position of an optical afterglow. GRBs 070429B and 070714B provide strong evidence in support of our previous claims in Berger et al. that a significant fraction of short-duration hosts (>~ 33%) reside at z > 0.7. We discuss the implications of the existence this population on the energetics of short-duration GRBs, as well as on progenitor models. In the context of the degenerate binary merger scenario, such events require progenitor systems with a range of lifetimes and disfavor progenitor models with a long, narrow lifetime distribution.

研究动机与目标

• 利用光学光谱测定两个短时标伽马射线暴GRB 070429B和GRB 070714B宿主星系的红移。
• 基于可靠的宿主星系关联和光谱红移，评估高红移（z > 0.7）短时标伽马射线暴的比例。
• 评估高红移短时标伽马射线暴对短时标伽马射线暴能量释放和前身天体模型的影响。
• 检验观测到的宿主星系性质与致密双星并合模型的一致性，特别是关于前身天体延迟时间和恒星形成率方面。

提出的方法

• 利用凯克I望远镜上的LRIS仪器获取GRB 070429B和GRB 070714B宿主星系的光学光谱。
• 通过光谱中[O II] λ3727发射线的检测确定红移，两个事件均得到z ≈ 0.9的结果。
• 将这些结果与先前已知的、具有可靠宿主星系关联和红移的短时标伽马射线暴样本结合，估算z > 0.7的占比。
• 利用瞬时通量和红移计算各向同性伽马射线能量释放（Eγ,iso），并应用标准宇宙学修正。
• 利用宿主星系的光度和恒星质量估计，估算其特定恒星形成率（SSFR）。
• 评估观测到的延迟时间分布与致密双星并合模型的一致性，特别是具有对数正态延迟时间分布的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRB 070429B和GRB 070714B宿主星系的红移是多少？是否证实了高红移短时标伽马射线暴的存在？
• RQ2 有多少比例的短时标伽马射线暴位于z > 0.7？这一比例如何影响对能量释放和前身天体延迟时间的推断？
• RQ3 这些高红移宿主星系的各向同性能量释放和恒星形成率与附近短时标伽马射线暴宿主星系相比如何？
• RQ4 这些观测对致密双星并合模型施加了哪些约束，特别是关于延迟时间分布的形状和宽度？
• RQ5 GRB 070429B和GRB 070714B的观测特性是否支持超越中微子-反中微子湮灭机制的其他能量提取机制？

主要发现

• 通过[O II] λ3727发射线识别，确认GRB 070429B和GRB 070714B宿主星系的红移为z ≈ 0.9。
• GRB 070429B的各向同性瞬时能量释放为Eγ,iso = 1.4 ± 0.2 × 10^50 erg，GRB 070714B为1.2 ± 0.1 × 10^51 erg，显著高于大多数附近的短时标伽马射线暴。
• 由于z ≈ 0.9，这两个事件比任何先前通过光学余晖位置获得可靠宿主星系关联的短时标伽马射线暴都更遥远。
• 目前具有光学余晖和可靠红移的短时标伽马射线暴样本中，已有三个事件位于z > 0.7，占样本的33%，若更暗的宿主星系也位于z > 0.7，则潜在上限可达56%。
• GRB 070429B的特定恒星形成率介于附近短时标伽马射线暴宿主星系与长时标伽马射线暴宿主星系之间，而GRB 070714B的SSFR更接近长时标群体，尽管存在较大不确定性。
• 结果更支持特征延迟时间较短（τ ≈ 4 Gyr）且延迟时间分布更宽（σ ≈ 1）的前身天体模型，而非具有长而窄分布的模型（τ ≈ 6 Gyr，σ ≈ 0.3）。