[论文解读] Optical and infrared flares from a transient Galactic soft gamma-ray repeater

A. J. Castro‐Tirado, F. J. Aceituno+34 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 26

一句话总结

本文提出SWIFT J195509+261406是一颗银河系暂现软伽马射线重复暴（SGR），是首例在光学与红外波段探测到耀发的SGR，其在三天内表现出强烈的多波段耀发活动，并在后期出现红外耀发。该源的行为与经典伽马射线暴（GRBs）和微类星体不同，表明其属于一类新型暂现SGR，其休止态X射线光度介于持续SGR与暗淡孤立中子星之间。

ABSTRACT

Soft gamma-ray repeaters (SGRs) are a rare type of gamma-ray transient sources that are ocasionally detected as bursts in the high-energy sky. They are thought to be produced by magnetars, young neutron stars with very strong magnetic fields of the order of 10^(14-15) G. Only three such objects are known in our Galaxy, and a fourth one is associated with the supernova remnant N49 in the Large Magellanic Cloud. In none of these cases has an optical counterpart to either the gamma-ray flares or the quiescent source been identified. Here we present multi-wavelength observations of a puzzling source, SWIFT J195509+261406, for which we detected more than 40 flaring episodes in the optical band over a time span of 3 days, plus a faint infrared flare 11 days later, after which it returned to quiescence. We propose that SWIFT J195509+261406 is a member of a subgroup of SGRs for which the long-term X-ray emission is transient in nature. Furthermore, it is the first SGR for which bursts have been detected in the optical and near-infrared bands and maybe the link between the "persistent" SGRs and the dim isolated neutron stars.

研究动机与目标

• 识别SWIFT J195509+261406的性质，该源由Swift/BAT探测为一次短伽马射线暴，但表现出异常的光学/X射线行为。
• 基于多波段耀发与谱特性，判断该源是软伽马射线重复暴（SGR）、微类星体，还是新型天体物理对象。
• 利用X射线、CO与光学数据约束该源的距离与休止态X射线光度，并评估其在SGR演化序列中的位置。
• 探讨该源是否通过其介于中间的休止态X射线光度，成为连接持续SGR与暗淡孤立中子星的桥梁。

提出的方法

• 利用Swift/XRT、XMM-Newton、RATAN-600、Plateau de Bure、VLT/NACO及地面光学/红外望远镜开展多波段后续观测。
• 在多个天文台（包括6.0米BTA与8.2米VLT）进行光学与红外测光及光谱观测，以探测耀发并测量发射线。
• 在Pico Veleta进行的毫米波CO（J=1-0）观测，用于通过视线方向分子云吸收估算源的距离。
• 采用吸收幂律模型拟合X射线光 light curves 与 spectra，并利用距离相关缩放（D/10 kpc）²计算光度。
• 对耀发峰值幅度的统计分析显示其呈对数正态分布，支持其具有物理起源而非随机噪声。
• 利用射电与毫米波发射的上限排除微类星体行为，Hα发射上限则排除双星系统中的吸积过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 SWIFT J195509+261406是否为软伽马射线重复暴（SGR），并代表一类新型暂现SGR的亚类？
• RQ2 在三天内及11天后再次出现的强烈且持久的光学与红外耀发活动由何原因引起？
• RQ3 该源的休止态X射线光度是多少？其与已知持续SGR及暗淡孤立中子星的光度相比如何？
• RQ4 能否利用CO吸收与X射线光度上限约束该源的距离？这对其分类有何意义？
• RQ5 尽管其他波段表现出强烈耀发，为何Swift/BAT在初始触发后未再探测到伽马射线暴？

主要发现

• 该源在为期三天的时间内表现出超过40次光学耀发，峰值流量幅度相对于爆发基线达∼10²，相对于休止态则达≥10⁴。
• 利用VLT/NACO自适应光学系统，在初始爆发后11天检测到一次微弱的H波段红外耀发。
• 在初始触发后，Swift/BAT未再探测到伽马射线暴，表明该源为仅在γ射线中记录到初始脉冲的暂现SGR。
• 休止态X射线光度被约束在≤（2.5–7.2）×10³² erg s⁻¹之间，处于持续SGR（L_X ∼ 10³⁵ erg s⁻¹）与暗淡孤立中子星（L_X ∼ 10³⁰–10³¹ erg s⁻¹）之间。
• 基于CO观测（D > 7.0 kpc）与X射线光度上限（D < 100 kpc）的距离约束，得出距离范围为7–20 kpc，与银河系SGR一致。
• 未检测到Hα发射（< 9.0×10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²）与射电发射（3σ水平下< 0.3 mJy），分别排除了双星系统中的吸积与微类星体行为。