[论文解读] The First CHIME/FRB Fast Radio Burst Catalog

Chime, M. Amiri+74 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用 39

一句话总结

本文介绍了由CHIME/FRB在400–800 MHz频段检测到的536个快速射电暴（FRB）的首个大规模、均匀选取的星表，其中包括来自18个重复源的62个爆发。研究发现，重复源与非重复源在天球分布和色散量（DM）方面相似，但在本征宽度和频谱带宽方面存在差异，其流量密度幂律指数为$\alpha = -1.40 \pm 0.11$，在600 MHz处高于5 Jy ms的天区速率为$820 \pm 60$个FRB/天/天区。

ABSTRACT

We present a catalog of 536 fast radio bursts (FRBs) detected by the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment Fast Radio Burst (CHIME/FRB) Project between 400 and 800 MHz from 2018 July 25 to 2019 July 1, including 62 bursts from 18 previously reported repeating sources. The catalog represents the first large sample, including bursts from repeaters and non-repeaters, observed in a single survey with uniform selection effects. This facilitates comparative and absolute studies of the FRB population. We show that repeaters and apparent non-repeaters have sky locations and dispersion measures (DMs) that are consistent with being drawn from the same distribution. However, bursts from repeating sources differ from apparent non-repeaters in intrinsic temporal width and spectral bandwidth. Through injection of simulated events into our detection pipeline, we perform an absolute calibration of selection effects to account for systematic biases. We find evidence for a population of FRBs - comprising a large fraction of the overall population - with a scattering time at 600 MHz in excess of 10 ms, of which only a small fraction are observed by CHIME/FRB. We infer a power-law index for the cumulative fluence distribution of $\alpha=-1.40\pm0.11( extrm{stat.})^{+0.06}_{-0.09}( extrm{sys.})$, consistent with the $-3/2$ expectation for a non-evolving population in Euclidean space. We find $\alpha$ is steeper for high-DM events and shallower for low-DM events, which is what would be expected when DM is correlated with distance. We infer a sky rate of $[820\pm60( extrm{stat.})^{+220}_{-200}({ extrm{sys.}})]/ extrm{sky}/ extrm{day}$ above a fluence of 5 Jy ms at 600 MHz, with scattering time at $600$ MHz under 10 ms, and DM above 100 pc cm$^{-3}$.

研究动机与目标

• 从单一调查中编制一份全面的、选择效应一致的快速射电暴（FRB）星表。
• 比较重复源与表观非重复源在天球分布、色散量（DM）和本征爆发特性方面的特性。
• 通过注入模拟FRB事件对检测选择效应进行绝对校准，以纠正观测样本中的系统性偏差。
• 研究在600 MHz处时延超过10 ms的FRB群体，这些群体在CHIME/FRB数据中代表性不足。
• 在考虑色散和DM影响的前提下，确定高于某一流量密度阈值的FRB累积流量分布和天区速率。

提出的方法

• CHIME/FRB巡天从2018年7月25日至2019年7月1日期间收集数据，覆盖400–800 MHz，具有均匀的灵敏度和选择函数。
• 将模拟的FRB事件注入检测流程中，以校准和量化选择效应，从而实现对检测偏差的绝对测量。
• 应用统计分析比较重复源与非重复源在天球位置、DM、本征时间宽度和频谱带宽分布上的差异。
• 对累积流量分布进行幂律拟合以估算指数$\alpha$，并量化系统性和统计性不确定度。
• 在600 MHz处，对高于5 Jy ms的流量密度阈值，计算天区速率，同时对时延时间（<10 ms）和DM（>100 pc cm⁻³）进行截断。
• 通过分析$\alpha$与DM的关系，考虑DM与红移相关，从而考虑距离相关的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 重复源与表观非重复源的天球分布和色散量是否在统计上无法区分？
• RQ2 重复源与非重复源在本征爆发特性（如时间宽度和频谱带宽）方面是否存在系统性差异？
• RQ3 在600 MHz处，有多少比例的FRB群体具有超过10 ms的时延，为何它们在CHIME/FRB巡天中代表性不足？
• RQ4 FRB的真实累积流量分布是什么？是否符合非演化群体在欧几里得空间中的预期$-3/2$幂律？
• RQ5 在600 MHz处，高于5 Jy ms流量密度阈值的FRB绝对天区速率是多少，且已对选择效应和时延进行校正？

主要发现

• 重复源与非重复源的天球位置和色散量在统计上与来自同一基础分布一致。
• 重复源的爆发在本征时间宽度上明显更窄，且频谱带宽更宽，与表观非重复源相比。
• FRB群体中很大一部分在600 MHz处具有超过10 ms的时延，但只有小部分被CHIME/FRB检测到，原因在于选择效应。
• 累积流量分布符合幂律，指数为$\alpha = -1.40 \pm 0.11$（统计不确定度）和$^{+0.06}_{-0.09}$（系统不确定度），与非演化群体的预期$-3/2$一致。
• 在600 MHz处，高于5 Jy ms的流量密度阈值、时延时间<10 ms且DM>100 pc cm⁻³的FRB天区速率为$820 \pm 60$（统计不确定度）和$^{+220}_{-200}$（系统不确定度）个/天/天区。
• 高DM事件的幂律指数更陡，低DM事件的指数更平缓，与DM与距离相关一致。