[论文解读] X-ray flashes and X-ray rich Gamma Ray Bursts

John Heise, J. J. M. in ’t Zand+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2001

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 6

一句话总结

该论文将X射线闪光（XRFs）识别为极软、富含X射线的伽马射线暴（GRBs），其峰值X射线发射（2–10 keV）亮度比其伽马射线发射（50–300 keV）高出100倍，由于能谱过于偏软而未被伽马射线探测器探测到。作者表明，XRFs并非高红移GRBs，而是宇宙火球模型的自然延伸，可能由喷流中较低的重子负载引起，导致能谱更软，且相对于伽马射线的X射线光度更高。

ABSTRACT

X-ray flashes are detected in the Wide Field Cameras on BeppoSAX in the energy range 2-25 keV as bright X-ray sources lasting of the order of minutes, but remaining undetected in the Gamma Ray Bursts Monitor on BeppoSAX. They have properties very similar to the x-ray counterparts of GRBs and account for some of the Fast X-ray Transient events seen in almost every x-ray satellite. We review their X-ray properties and show that x-ray flashes are in fact very soft, x-ray rich, untriggered gamma ray bursts, in which the peak energy in 2-10 keV x-rays could be up to a factor of 100 larger than the peak energy in the 50-300 keV gamma ray range. The frequency is ~100 per year.

研究动机与目标

• 利用BeppoSAX的宽视场相机（WFC）探测X射线闪光（XRFs），将其表征为一类独特的瞬变X射线源。
• 确定尽管XRFs具有明亮的X射线发射，为何仍无法被BeppoSAX伽马射线暴监测器（GRBM）探测到。
• 通过光谱能量分布、持续时间及通量比，将XRFs与经典GRBs进行比较，以评估其物理起源。
• 检验XRFs是否为高红移GRBs，或是否属于宇宙火球模型中的独立群体。
• 量化X射线与伽马射线通量比，并评估其对GRB束流特性及前身体模型的启示。

提出的方法

• 分析了BeppoSAX WFC在2–25 keV能带内探测到的17个XRFs，利用光 light curves、谱拟合及定位数据。
• 将X射线幂律谱（2–25 keV）外推至40–700 keV范围，以估算其被GRBM和BATSE仪器探测的可能性。
• 利用BATSE数据对比了16个经典GRBs与9个XRFs的通量比（2–10 keV X射线与50–300 keV伽马射线）。
• 通过T90持续时间与谱指数的统计分析，将XRFs与经典GRBs进行比较，以排除高红移解释。
• 通过考察重子负载对洛伦兹因子与谱硬度的影响，评估XRFs与宇宙火球模型的一致性。
• 将XRF位置与ROSAT、HEAO-1和Einstein的档案数据交叉比对，以评估源识别与背景污染情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何X射线闪光在具有明亮X射线发射的情况下仍无法被BeppoSAX GRBM探测到？
• RQ2 XRFs的X射线与伽马射线通量比与经典GRBs相比如何？这对它们的谱能量分布有何启示？
• RQ3 XRFs是否与高红移GRBs一致，即伽马射线发射被红移到X射线波段？
• RQ4 XRFs的时间与谱特性是否代表了宇宙火球模型的自然延伸？
• RQ5 何种物理机制（如重子负载）可解释XRFs观测到的谱偏软与高X射线光度？

主要发现

• XRFs并非高红移GRBs，因为其T90持续时间分布未表现出z > 5时预期的时间膨胀效应。
• XRFs的X射线峰值通量与伽马射线峰值通量之比最高可达100倍，显著超过经典GRBs中的典型比值。
• XRFs与经典GRBs的X射线辐射通量比最高可达20倍，表明XRFs中X射线能量存在显著过剩。
• XRFs被BATSE的25–50 keV与50–100 keV能带探测到，但未触发该仪器，证实其在伽马射线波段的能谱偏软。
• 对XRFs的谱拟合显示其具有幂律X射线谱（光子指数1.2至3.0），并伴有银河系吸收，与软、展宽的发射成分一致。
• 作者得出结论：XRFs最合理的解释是宇宙火球模型中重子负载较低，导致谱更软，且相对于伽马射线的X射线光度更高。