[论文解读] The fast X-ray transient EP240315a: a z ~ 5 gamma-ray burst in a Lyman continuum leaking galaxy

A. J. Levan, P. G. Jonker+74 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2024

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 6

一句话总结

论文给出对 EP240315a 的多波段观测，EP240315a 是一个在 z=4.8585 的 1600 s FXT，结果表明它与在低 HI 环境中发生的长伽玛射线暴一致，并伴有 Ly 连续体泄漏。

ABSTRACT

The nature of the minute-to-hour long Fast X-ray Transients (FXTs) localised by telescopes such as Chandra, Swift, and XMM-Newton remains mysterious, with numerous models suggested for the events. Here, we report multi-wavelength observations of EP240315a, a 1600 s long transient detected by the Einstein Probe, showing it to have a redshift of z=4.859. We measure a low column density of neutral hydrogen, indicating that the event is embedded in a low-density environment, further supported by direct detection of leaking ionising Lyman-continuum. The observed properties are consistent with EP240315a being a long-duration gamma-ray burst, and these observations support an interpretation in which a significant fraction of the FXT population are lower-luminosity examples of similar events. Such transients are detectable at high redshifts by the Einstein Probe and, in the (near) future, out to even larger distances by SVOM, THESEUS, and Athena, providing samples of events into the epoch of reionisation.

研究动机与目标

• 研究分钟到小时级快速 X 射线瞬变（FXTs）的本质及其与伽马射线暴（GRBs）的关系。
• 确定 EP240315a 的红移、环境与宿主属性。
• 评估 FXTs 是否构成可在高红移下观测到的低星等 GRB 群体。

提出的方法

• 来自爱因斯坦探针 WXT 的 X 射线定位与计时；与 Swift-BAT 和 Konus-Wind 的伽马射线数据进行交叉匹配。
• 使用 VLT/X-shooter 和 GTC/OSIRIS 的光学/IR 光谱测量红移和 ISM 属性。
• 来自光学/IR 观测（VLT、GTC、NOT、TNG、LBT）的宽带光度测量以及 X 射线后续观测（Chandra）用于建模后涌衰减。
• 对 Ly-α 断裂和 HI 柱密度的分析，以推断 Ly 连续体泄漏和逸出分数。
• 将 EP240315a 的后涌能量学与光谱与高-z GRB 与超长 GRB 进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 EP240315a 是否通过其多波长后涌和光谱证实为高红移、长持续时间的伽玛射线暴？
• RQ2 行线的中性氢柱密度是多少，是否允许 Ly 连续体泄漏？
• RQ3 X 射线与光学/IR 后涌光曲线与其他高 z GRB 与超长 GRB 相比如何？
• RQ4 Ly 连续体泄漏对 z~5 时电离光子的逸出分数及再电离研究有何含义？
• RQ5 FXTs 是否代表在高红移下可观测的低光度 GRB 群体？

主要发现

• EP240315a 的光谱学红移为 z = 4.8585 ± 0.0001。
• HI 柱密度很低，log(N_HI/cm^-2) = 15.9 ± 0.3（固定红移情况）。
• 在 Ly 连续体泄漏的蓝侧以 ~4σ 的显著性检测到。
• 光学后涌随时间衰减为 t^-1.4 ± 0.2，约 3 天后 X 射线衰减更陡，为 t^-2.1 以上（95% 置信）。
• 伽玛射线能量学和快光谱特性与长 GRB 一致；EP240315a 符合 GRB 后涌行为。
• 该事件支持观测到 FXTs 的相当比例可能是低光度的 GRB 风格爆发，在高红移下可观测。