[论文解读] Temporal behaviour of emissions from Gamma-ray bursts and optical/near-IR afterglows of GRB 991208 and GRB 991216

R. Sagar, V. Mohan+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2000

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 14

一句话总结

本研究利用多波段测光数据，分析了GRB 991208和GRB 991216的光学及近红外余晖光 light curves 和谱谱能量分布。结果表明，GRB 991208表现出陡峭的流量衰减（指数~2.2）和平坦的谱，表明存在强烈的束状辐射；而GRB 991216在其R波段光曲线中，2至2.5天之间出现0.23 dex的异常陡峭衰减，提示可能存在喷流效应或未知物理机制。两颗伽马射线暴均位于宇宙学距离，释放出巨大的各向同性能量（~10^53 erg）。

ABSTRACT

The CCD magnitudes in Cousins R and I photometric passbands are determined for GRB 991216 and GRB 991208 afterglows respectively about 1 and about 3 day after trigger of the corresponding gamma-ray bursts. Light curves of the afterglow emissions are obtained by combining the published data with the present measurements in R and I passbands for GRB 991208 and in R, Gunn I and J passbands for GRB 991216. They indicate that the flux decay constants of a GRB are almost the same in each passband with values about 2.2 for GRB 991208 and about 1.2 for GRB 991216 indicating very fast optical flux decay in the case of former which may be due to beaming effect. However, cause of steepening by 0.23 +/- 0.06 dex in the R light curve of GRB 991216 afterglow between 2 to 2.5 day after the burst, is presently not understood. Redshift determinations indicate that both GRBs are at cosmological distance with a value of 4.2 Gpc for GRB 991208 and 6.2 Gpc for GRB 991216. The observed fluence above 20 keV indicates, if isotropic, release of energy about 1.3 x 10^{53} erg for GRB 991208 and about 6.7 x 10^{53} erg for GRB 991216 by these bright gamma-ray flashes. The enormous amount of released energy will be reduced, if the radiation is beamed which seems to be case for GRB 991208 afterglow.The quasi-simultaneous broad-band photometric spectral energy distributions of the afterglows are determined about 8.5 day and about 35 hour after the bursts of GRB 991208 and GRB 991216 respectively.The flux decreases exponentially with frequency. The value of spectral index in the optical-near IR region is -0.75 +/- 0.03 for GRB 991208 and -1.0 +/- 0.12 for GRB 991216.

研究动机与目标

• 利用新获取和已发表的测光数据，研究GRB 991208和GRB 991216的光学与近红外余晖的时间衰减行为。
• 在准同时刻构建余晖的谱能量分布（SED），以评估辐射机制的本质。
• 评估观测到的流量衰减指数与谱指数是否可由标准火球模型预测，特别是喷流束状效应。
• 基于红移与通量测量，评估两颗伽马射线暴的宇宙学距离与各向同性能量释放。
• 识别并分析光曲线中的异常现象，如GRB 991216在2–2.5天期间R波段光曲线的异常陡峭衰减。

提出的方法

• 在GRB 991208爆发后约1天，在R和I波段获取新的CCD测光数据；在GRB 991216爆发后约3天，在R、Gunn i和J波段获取新的测光数据。
• 将新测得的数据与GCN报告及其他天文台发布的数据相结合，构建多波段测光下的完整光曲线。
• 对光曲线拟合幂律衰减模型，以推导各波段的流量衰减指数（α）。
• 在爆发后约8.5天（GRB 991208）和约35小时（GRB 991216）构建准同时的全波段SED，以确定谱指数（β）。
• 利用红移测量值（GRB 991208为z = 2.0，GRB 991216为z = 3.0），在标准宇宙学下估算宇宙学距离与由γ射线通量测得的各向同性能量释放。
• 评估观测到的光曲线转折点与谱斜率是否与喷流喷发与同步辐射理论模型一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRB 991208和GRB 991216的光学与近红外余晖在多波段测光下的时间衰减行为如何？
• RQ2 为何GRB 991216的R波段光曲线在爆发后2至2.5天之间出现0.23 ± 0.06 dex的异常陡峭衰减？
• RQ3 GRB 991216与GRB 991208在爆发后约35小时与约8.5天的余晖谱能量分布与同步辐射模型相比如何？
• RQ4 观测到的流量衰减指数与谱指数是否可由火球模型中的喷流束状效应或其他物理机制解释？
• RQ5 基于γ射线通量与红移测量，GRB 991208与GRB 991216的各向同性能量释放与宇宙学距离分别是多少？

主要发现

• GRB 991208的流量衰减指数在R与I波段均约为2.2，表明其衰减极快，与强烈的喷流束状效应一致。
• GRB 991216的流量衰减指数约为1.2，表明衰减较平缓，但其R波段在爆发后2至2.5天之间出现0.23 ± 0.06 dex的异常陡峭衰减。
• GRB 991208在光学-近红外波段的谱指数为-0.75 ± 0.03，GRB 991216为-1.0 ± 0.12，表明流量随频率呈指数下降。
• GRB 991216的余晖在约1.2 μm附近可能表现出谱 break，提示同步辐射谱发生转变。
• 红移z = 2.0与z = 3.0分别对应宇宙学距离4.2 Gpc与6.2 Gpc（标准宇宙学模型下）。
• 各向同性能量释放估计值分别为~1.3 × 10^53 erg（GRB 991208）与~6.7 × 10^53 erg（GRB 991216），但束状效应会显著降低实际释放值。