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2013-6-21

与短暴GRB 130603B成协的kilonova?

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 10:57 pm

年初在介绍kilonova的时候,提到这一现象至今还只存在于理论预言中,而并没有被实际观测到。仅仅半年之后,就得到了疑似kilonova被发现的消息,而且是哈佛大学Leicester大学两个小组通过对哈勃空间望远镜的图像进行分析而独立作出的。这次的主角就是月初爆发的短暴GRB 130603B。

GRB 130603B是一次典型的短暴,雨燕卫星以及Konus-Wind均有探测。它的持续时标为0.18秒,且不具备延展辐射,其能谱的峰值能量660 keV,属于伽玛暴中辐射偏硬的一个。雨燕卫星的X射线望远镜和紫外/光学望远镜随即进行了转向观测,并发现了衰减中的余辉。

GRB 130603B的光学余辉行为,左图为暴后8.1小时的情形,中图与右图为暴后9.4日可见光(中)和近红外(右)波段的情形。(图片来源:Berger et al. 2013

地面后续观测于触发后2.7小时开始。这个爆发略略偏离一个斯隆数字巡天期间发现的星系。由于地面望远镜在此处发现的瞬变源存在衰减行为,说明它确实是GRB 130603B的余辉。根据宿主星系以及余辉的光谱,可以确定出GRB 130603B的红移是0.356。

9天多之后,哈勃空间望远镜也转向了爆发的宿主星系,并在可见光和近红外波段上进行了观测。奇怪的事情出现了:它在这里发现了一个颜色极红的点源,其在H波段的绝对星等是-15.2等,可见光波段几乎不可见,由此得出的V、H波段星等之差高达1.7以上。结合早先的地面观测与X射线观测,若将这个点源理解为伽玛暴余辉,其在光学波段衰减速率以及谱指数方面倒也前后一致。虽说点源的颜色红了些,单凭余辉标准模型的同步辐射来解释可能有些麻烦,不过也完全可以归结为星际尘埃导致的红化。但是如果认为近红外波段的余辉遵循与光学相同的衰减规律,仅凭余辉就不大容易应付后期的增亮了(关于这一点,现有的两篇论文貌似意见还不太一致,Berger et al. 2013认为余辉是完全可以解释的,而Tanvir et al. 2013似乎持相反观点)。

上:GRB 130603B的X射线余辉光变曲线,可见10小时后亮度出现陡降。下:GRB 130603B的可见光(绿色)以及近红外(红色)光变曲线,行为与X射线类似,只是红外波段在后期有所增亮。(图片来源:Tanvir et al. 2013

由于点源极红的颜色,研究者提出的另一种模型就是kilonova,其对应抛射物质量是太阳的1%左右。期间产生的辐射源自富中子抛射物中r过程合成的重元素衰变,而偏红的谱分布则可以用重元素导致的较大不透明度解释。虽然前文提到的Li & Paczyński (1998)以及Metzger et al. (2010)都认为kilonova典型光变时标只有1天,不过考虑了重元素对不透明度的贡献之后,这一时间可以有所延长。若用改进后的kilonova理论(如Barnes & Kasen 2013等)进行计算,可以得到与这次观测结果符合得很好的光变曲线。

好吧,其实这里的kilonova只是一种可能性而已。前文提到过,搜索与短暴成协的kilonova面临的最大麻烦是短暴余辉的干扰。倘或改进的理论可靠,那么由于kilonova的时标有所延长,这种干扰在很大程度上可以忽略不计了——毕竟在一周多之后,短暴余辉的亮度已经下降到了几近不可探测的程度,足以让kilonova浮出水面。但这里的不确定处除了尚存的其他解释(如将后期增亮归结为宿主星系的贡献)之外,还源自人们对kilonova本身理解的不充分。从Li & Paczyński (1998)与超新星亮度相当的偏蓝源,到Metzger et al. (2010)的千倍新星亮度偏红源,再到Barnes & Kasen (2013)光变时标大大延长的红外源,这里还有多少改进有待考虑,还真是个未知数。

那么如何才能确定GRB 130603B成协点源的真实身份?Berger et al. (2013)认为,这有赖于在地面和哈勃望远镜进行更多的后续观测。如果能够发现这个伽玛暴的光学余辉衰减速率随时间存在变化,或者是不同波段余辉谱指数之间有所差异,应该可以有力地说明点源属于kilonova而非余辉。只是现在时机已过,这些讨论全部都是马后炮了。

不过不论如何,这个点源是现有kilonova最佳的候选体,至今还没有出现什么观测证据与kilonova假说相悖。至于这类理论预言现象的最终确认,还是有赖于未来的更多工作。也许有了这次的经验,今后观测者在面临类似现象时会进行更有针对性的测量吧。

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