[论文解读] Severe Constraints on Off-Axis GRB Jets in Type Ibc Supernovae From Late-Time Radio Observations

A. Soderberg, D. A. Frail+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2004

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本研究通过分析爆炸后5.6年的射电观测，检验了SN 1998bw与GRB 980425源自偏离视线方向的伽马射电暴喷流的假设。观测到的射电上限排除了典型的偏离视线喷流模型，除非前身星质量流失率小于4×10⁻⁷ M☉/yr，或磁场能量分数εB小于10⁻³——这些条件对于宇宙学伽马射电暴而言均不太可能成立，因此本地Ibc型超新星中产生准直相对论喷流的比例最多为6%。

ABSTRACT

It has been suggested that the peculiar properties of the luminous Type Ic supernova SN 1998bw and perhaps its low-energy gamma-ray burst GRB 980425 may be understood if they originated in a standard gamma-ray burst explosion viewed far from the axis of the relativistic jet. In this scenario, strong radio emission is predicted from the jet on a timescale 1 to 10 years after the explosion as it decelerates and spreads into our line of sight. To test this hypothesis we have carried out late-time radio observations of SN 1998bw at t=5.6 years, yielding upper limits which are consistent with the continued fading of the supernova. We find these limits to be consistent with an off-axis jet only if the progenitor mass loss rate is \\dot{M} < 4 x 10^{-7} solar masses per year (for a wind velocity v_w=1000 km/s) or the fraction of the shock energy in magnetic fields is \\epsilon_B < 10^{-3}. These values are unlikely based on observations of cosmological GRBs. We combine the SN 1998bw measurements with existing observations for a sample of 15 local Type Ibc supernovae to estimate that at most 6% produce collimated, relativistic outflows.

研究动机与目标

• 检验SN 1998bw与GRB 980425是否由偏离视线方向的相对论喷流产生这一假设。
• 确定在t=5.6年时，减速喷流的晚期射电辐射是否可被探测到。
• 在偏离视线喷流模型与观测一致的前提下，约束喷流参数（如质量流失率、磁场能量分数）的范围。
• 基于综合射电数据，估算本地Ibc型超新星中产生准直相对论喷流的比例。

提出的方法

• 在爆炸后5.6年对SN 1998bw进行了晚期射电观测，测量其通量密度上限。
• 利用偏离视线相对论喷流的理论模型，预测减速并扩散的喷流所产生的射电辐射。
• 将观测到的射电上限与模型预测进行比较，以约束前身星质量流失率（Ṁ）和磁场能量分数（εB）。
• 将SN 1998bw的数据与15个本地Ibc型超新星的现有射电观测数据相结合，估算具有准直喷流的事件比例。
• 应用统计推理方法，推导出宿主相对论喷流的Ibc型超新星比例上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在t=5.6年时，能否探测到SN 1998bw中偏离视线伽马射电暴喷流的晚期射电辐射？
• RQ2 观测到的射电上限对喷流前身星的质量流失率和磁场能量分数施加了何种限制？
• RQ3 基于宇宙学伽马射电暴数据，与观测一致所需的喷流参数在物理上是否合理？
• RQ4 本地Ibc型超新星中，有多少比例可能宿主准直相对论喷流？

主要发现

• 在t=5.6年时观测到的射电上限与SN 1998bw的持续衰减一致，未显示出因偏离视线喷流导致的明亮化迹象。
• 仅当前身星质量流失率小于4×10⁻⁷ M☉/yr（风速为1000 km/s）时，偏离视线喷流模型才与观测一致。
• 另一种可能是，模型要求磁场能量分数εB小于10⁻³，但该值基于宇宙学伽马射电暴观测被认为不太可能成立。
• 将SN 1998bw与另外15个本地Ibc型超新星数据结合，本研究估算出最多6%的事件产生准直相对论喷流。
• 结果表明，偏离视线伽马射电暴喷流并非Ibc型超新星中的普遍特征，挑战了此类事件在本地宇宙中频繁存在的观点。