[论文解读] On the existence of the intrinsic anisotropies in the angular distributions of gamma-ray bursts

A. Mészáros, Z. Bagoly+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 1999

Scientific Research and Discoveries参考文献 6被引用 6

一句话总结

本研究利用赤道坐标系中的球谐分析，调查了来自BATSE目录的2,281个伽马射线暴（GRBs）在角分布中的本征各向异性。在‘中等’子类中，发现显著的本征各向异性，置信水平达97%，这是由于非零的$ P_3^1(\sin\delta)\sin\alpha $谐波所致；而全样本及其他子类则保持各向同性。

ABSTRACT

This articles is concerned primarily with the intrinsic anisotropy in the angular distribution of 2281 gamma-ray bursts (GRBs) collected in Current BATSE Gamma-Ray Burst Catalog until the end of year 1998, and, second, with intrinsic anisotropies of three subclasses ("short", "intermediate", "long") of GRBs. Testing based on spherical harmonics of each class, in equatorial coordinates, is presented. Because the sky exposure function of BATSE instrument is not dependent on the right ascension $α$, any non-zero spherical harmonic proportional either to $P_n^m(\sin δ) \sin m α$ or to $P_n^m(\sin δ) \cos mα$ with $m eq 0$ ($δ$ is the declination), immediately indicates an intrinsic non-zero term. It is a somewhat surprising result that the "intermediate" subclass shows an intrinsic anisotropy at the $97\%$ significance level caused by the high non-zero $P_3^1(\sin δ) \sin m α$ harmonic. The remaining two subclasses, and the full sample of GRBs, remain isotropic.

研究动机与目标

• 测试伽马射线暴在天球分布中是否存在超出观测偏差的本征各向异性。
• 检查不同子类的GRBs——‘短’、‘中等’和‘长’——是否表现出不同的角分布模式。
• 确定天空中GRB的观测分布是否包含未被BATSE仪器响应函数解释的非均匀性。
• 通过球谐分解，将本征天体物理各向异性与仪器或选择效应分离。

提出的方法

• 在赤道坐标系中对GRB位置进行球谐分解，以检测非均匀性。
• 使用$ P_n^m(\sin\delta)\cos(m\alpha) $和$ P_n^m(\sin\delta)\sin(m\alpha) $谐波识别方向依赖性。
• 对三个GRB子类——‘短’、‘中等’和‘长’——分别进行分析，以检测类别特异的各向异性。
• 对非零谐波系数进行统计检验，以评估显著性水平。
• 将观测到的谐波振幅与各向同性假设下的期望值进行比较，以检测本征偏差。
• 考虑BATSE仪器的赤经无关响应函数，以隔离本征效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 2,281个GRB的全样本在其角分布中是否表现出本征各向异性？
• RQ2 ‘中等’子类GRBs是否显示出与各向同性的统计显著偏离？
• RQ3 ‘短’和‘长’GRB子类在其天球分布中是否各自表现出各向异性？
• RQ4 哪些特定的球谐模式导致了检测到的各向异性？
• RQ5 在‘中等’类中观测到的各向异性是否与仪器或选择效应一致？

主要发现

• ‘中等’子类GRBs在97%置信水平下表现出本征各向异性，表明其空间分布并非随机。
• 主要的各向异性信号源自非零且统计显著的$ P_3^1(\sin\delta)\sin\alpha $谐波。
• 2,281个GRB的全样本以及‘短’和‘长’子类均未表现出显著的本征各向异性。
• 全样本及其他子类中$ m \neq 0 $谐波的缺失意味着其各向同性程度在统计不确定性范围内。
• 该结果对BATSE仪器的响应函数具有鲁棒性，该响应函数与赤经无关。
• 该发现表明‘中等’GRB群体在天空中可能存在优选方向，可能与天体物理起源机制有关。