[论文解读] On the PDS of GRB light curves

Sonila Boçi, M. Hafizi|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本研究通过使用基于亮度、时标和峰值能量的经验关系模拟合成脉冲，探究了伽马射线暴（GRB）光曲线中观测到的Epeak–α相关性的起源。结果表明，Epeak–α负相关性自然地源于这些已确立的经验关系，暗示其并非独立的相关性，而是Epeak–L和tp–L关系的后果，从而为GRB宇宙学中这些关系的物理有效性提供了间接支持。

ABSTRACT

In spite of the complicated behavior in the time domain, long GRBs show a simpler behavior in the Fourier domain of frequencies, represented by power density spectra, PDS. Recently, there are some relations found between GRBs properties and PDS parameters, modeled by power-laws. Among them, the correlation between peak energy $E_{peak}$ and PDS slope $\alpha$ shows a clear evidence. In this work we try to understand the origin of this correlation, making use of synthetic pulses. We find some preliminary evidences that $E_{peak}-\alpha$ relation can be seen as a new confirmation of the empiric relations $E_{peak}-L$ and $t_{p}-L$ for GRBs.

研究动机与目标

• 探究GRB峰值能量（Epeak）与功率谱密度（PDS）斜率α之间观测到的负相关性的物理起源。
• 检验是否能够基于已知的经验GRB关系，通过合成光曲线再现Epeak–α相关性。
• 评估Epeak–α相关性是否可作为Epeak–L和tp–L经验关系物理有效性的间接证据。
• 通过合成建模验证关键经验关系，从而支持将GRB用作宇宙距离指示器。

提出的方法

• 使用Kocevski等人（2003）提出的幂律脉冲形状模型生成合成GRB脉冲，参数为r = 1.49和d = 2.39。
• 通过L–tp关系将脉冲亮度与脉冲时标tp关联：L = 3.4 × 10^52 × t_p^(-0.85)。
• 利用Ghirlanda提出的Epeak–L关系计算峰值能量Epeak：Epeak = 380 × (L / 1.6×10^52)^0.43。
• 通过经验tm–tp关系将上升时间tm与tp关联：tm = 0.323 × tp × (1+z)^0.6，假设红移z=1。
• 将脉冲光曲线进行傅里叶变换以计算PDS，并在0.3–1 Hz频率范围内通过幂律拟合估计PDS斜率α。
• 采用Leahy归一化和平均周期图估计以降低噪声，使用K段平均以减小标准差。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否基于已知的经验关系，通过合成脉冲生成再现GRB PDS中观测到的Epeak–α负相关性？
• RQ2 Epeak–α相关性是否为独立的物理关系，还是Epeak–L和tp–L关系的后果？
• RQ3 亮度和脉冲时标的变化如何影响合成GRB光曲线中的PDS斜率α？
• RQ4 合成模型在多大程度上再现了观测到的Epeak–α相关性的关键特征？

主要发现

• 亮度较高的合成脉冲表现出更高的峰值能量Epeak和更低的PDS斜率α，再现了观测到的负相关性。
• Epeak–α相关性自然地源于L–tp和Epeak–L经验关系的结合，表明其并非独立的相关性。
• 合成脉冲在0.3–1 Hz频带内的PDS斜率α范围约为1.5至4，与观测到的GRB PDS行为一致。
• 结果支持Epeak–L和tp–L关系的物理一致性，这些关系对于将GRB用作宇宙距离指示器至关重要。
• 本研究为Epeak–α相关性可能作为Epeak–L和tp–L关系在GRB物理中基本有效性的额外佐证提供了初步证据。