[论文解读] The Swift Burst Analyser I: BAT and XRT spectral and flux evolution of Gamma Ray Bursts

P. A. Evans, R. Willingale+10 more|Figshare|Apr 19, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 13被引用 77

一句话总结

本文提出 Swift 爆发分析器（Swift Burst Analyser），一种通过利用谱硬化比和时变通量转换因子来考虑谱演化，将 Swift 的 BAT 和 XRT 计数率光 light curves 转换为精确通量光 light curves 的工具。其主要贡献是建立了一个在线、自动更新的存储库，为所有 Swift 观测的伽马射线暴（GRB）提供三档能量范围（0.3–10 keV、15–50 keV 和 10 keV 通量密度）的演化感知通量光 light curves，从而实现与理论模型更精确的比较。

ABSTRACT

Context: Gamma Ray Burst models predict the broadband spectral evolution and the temporal evolution of the energy flux. In contrast, standard data analysis tools and data repositories provide count-rate data, or use single flux conversion factors for all of the data, neglecting spectral evolution. Aims: To produce Swift BAT and XRT light curves in flux units, where the spectral evolution is accounted for. Methods: We have developed software to use the hardness ratio information to track spectral evolution of GRBs, and thus to convert the count-rate light curves from the BAT and XRT instruments on Swift into accurate, evolution-aware flux light curves. Results: The Swift Burst Analyser website (http://www.swift.ac.uk/burst_analyser) contains BAT, XRT and combined BAT-XRT flux light curves in three energy regimes for all GRBs observed by the Swift satellite. These light curves are automatically built and updated when data become available, are presented in graphical and plain-text format, and are available for download and use in research.

研究动机与目标

• 解决标准数据工具使用固定通量转换因子而忽略伽马射线暴光 light curves 中谱演化的问题。
• 实现理论伽马射线暴模型（预测通量和谱演化）与观测数据之间的精确比较。
• 提供一个统一、自动化的系统，利用 Swift 的 BAT 和 XRT 仪器在多个能量波段生成通量光 light curves。
• 通过揭示在计数率数据中被掩盖的快速衰减阶段和余晖开启等特征，促进对余晖行为的研究。
• 建立一个公开可访问、动态更新的存储库，包含 Swift 所观测伽马射线暴群体的通量光 light curves。

提出的方法

• 利用 BAT 和 XRT 计数率推导出的硬化比，实时追踪谱演化。
• 构建查找表，将硬化比映射到时间依赖的计数率到通量转换因子以及幂律和截断幂律模型的谱光子指数（Γ）。
• 在变换相空间（如 log(HR) 或基于 HR 的空间）中使用线性插值，以提高转换因子估计的准确性。
• 通过插值 1σ 限制，将硬化比误差传播到通量转换因子和 Γ 值。
• 对于低计数数据，使用单个谱估计转换因子和 Γ，避免对谱演化做出假设。
• 使用随时间演化的转换因子，自动生成并更新三档能量波段（0.3–10 keV、15–50 keV 和 10 keV 通量密度）的通量光 light curves。

Figure 1: An example of a flux density light curve from the Burst Analyser. The spectrally-evolving BAT-XRT flux light curve of GRB 061121, is shown as unabsorbed flux density at 10 keV; the lower panel shows the evolution of the photon index of the power-law spectrum. The last 3 BAT data points suf

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用计数率数据而非通量时，谱演化如何影响伽马射线暴光 light curves 的解释？
• RQ2 考虑谱演化在多大程度上能揭示在计数率光 light curves 中被隐藏的物理特征（如余晖开启或陡峭衰减阶段）？
• RQ3 能否开发一种系统化、自动化的手段，将 BAT 和 XRT 计数率光 light curves 转换为整个 Swift GRB 样本的演化感知通量光 light curves？
• RQ4 使用时变通量转换因子对推导出的通量演化有何影响，特别是在 GRB 060729 中观察到的极端衰减阶段背景下？
• RQ5 与现有非演化通量光 light curves 相比，该方法生成的通量光 light curves 在物理洞察力和数据保真度方面表现如何？

主要发现

• Swift 爆发分析器成功地通过自动处理 BAT 和 XRT 数据，为所有 Swift 观测的伽马射线暴生成了演化感知通量光 light curves。
• 考虑谱演化后，GRB 060729 快速衰减阶段的通量衰减比计数率数据中显示得更陡峭，从而更清晰地识别出余晖开启。
• 通过用基于硬化比的时间依赖转换因子替代固定转换因子，该方法减少了通量解释的模糊性。
• 该工具为每个伽马射线暴提供了三档能量波段（0.3–10 keV、15–50 keV 和 10 keV 通量密度）的通量光 light curves，以及相应的谱指数（Γ）演化。
• 该系统完全自动化，光 light curves 随新数据的到达自动更新，并可通过 http://www.swift.ac.uk/burst_analyser 公开访问。
• 用于转换的查找表基于 XSPEC 模型（幂律和截断幂律）预先计算，以实现高效插值。

Figure 2: The flux density light curve of GRB 060729 from the Burst Analyser. Accounting for spectral evolution shows the flux decline during the steep decay to be more rapid than in count space, and reveals the turn-on of the afterglow.