GRB 970228
GRB 970228[4]是天文学家第一个观测到余辉的伽玛射线暴。[5]这次爆发持续了大约80秒,其光变曲线有多个极大值。它的光变曲线特性表明可能同时发生了一次超新星爆发。本次爆发的位置与一个81亿光年[3]外的星系相符(红移值z = 0.695),说明GRB 970228离银河系十分远。
GRB 970228 | |
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![]() 哈勃太空望远镜拍摄的GRB 970228 | |
发现 | |
发现时间 | 1997年2月28日 02:58 UTC |
发现人 | BeppoSAX |
持续时间 | 80秒 |
位置 | |
赤经 | 05h 01m 46.7s |
赤纬 | +11° 46′ 53.0″[1] |
历元 | J2000 |
红移 | 0.695[2](寄主星系) |
距离 | 8.123×109 光年[3] |
星座 | 猎户座 |
能量 | |
总能量输出 | ×1044 J 5.2 |
参见伽玛射线暴、分类:伽玛射线暴 |
自从1993年起,物理学家推测伽玛射线暴之后会产生低能量的余辉(波长为无线电波、X射线,甚至是可见光)。但直到天文学家在1997年2月28日2时58分(UTC)观测到GRB 970228前,天文学家只观测到高光度高能量的伽玛射线暴(电磁波中能量最高的部分)。
观测
编辑伽玛射线暴是指高光度的伽玛射线爆发。伽玛射线暴最早由美国负责侦查苏联和中国核试验的船帆座卫星于1967年发现。[6]
1997年2月28日2时58分(UTC),费米伽玛射线空间望远镜和BeppoSAX卫星上搭载的一台广域照相机[7][8]观测到GRB 970228,[4]其中后者是德意联合研制的研究X射线的卫星。[9]在几小时内,BeppoSAX团队确认了这次伽玛射线暴的位置,测量误差约为3角分,他们借此框定了所在天区的范围。[8]尤利西斯号探测器也观测到了本次伽玛射线暴。[10]
这次伽玛暴位于赤经05h 01m 46.7s,赤纬+11° 46′ 53.0″,[1]爆发持续了大约80秒,在光变曲线有多个极大值。[11]伽玛射线暴的光变曲线变化多端,科学家至今也不清楚有多个峰值的原因。一种可能的解释是多个峰值是伽玛射线源经历进动时产生的。[12]
余辉
编辑1993年,玻丹·帕琴斯基和詹姆斯·E·罗兹发表论文称,无论伽玛射线暴的产生原因是什么,伽玛暴极强的能量意味着寄主天体在爆发期间必须以相对论速度(接近光速)喷射出大量物质。它们推测喷出物和星际物质的强烈作用会形成激波波前。如果激波波前形成于磁场中,加速的电子会长时间产生无线电频率的同步辐射,即下文所说的无线电余辉。[13]乔纳森·卡茨之后总结说,这种低能量的发射不限于无线电波,频率可从无线电波到X射线,其中还包括可见光。[14]
BeppoSAX卫星上的小视野相机在发现8小时之后开始观测它的所在位置。[11]一个X射线源短暂出现,并在之后几天按幂定律迅速衰减,直至消失。这次X射线余辉是首次观测到的伽玛射线暴余辉。[8]幂定律衰减从此被认为是伽玛射线暴余辉的普遍特征,尽管多数余辉在不同阶段以不同的速率衰减。[15]
同年3月1日和8日,天文学家用威廉·赫歇耳望远镜和艾萨克·牛顿望远镜拍摄了它所在位置的光学影像。通过比较照片,其光度在可见光和红外光波段都下降了,[1]这就是该伽玛射线暴的光学余辉,而天文学家一直没能观测到预测会发生的无线电余辉。[2]这次伽玛射线暴发现之后,人们开始相信伽玛暴的辐射具有各向同性。这次伽玛暴和其他几次伽玛暴(例如GRB 970508和GRB 971214)一起为伽玛暴以平行射流释放辐射提供了早期证据。这使得伽玛暴的总能量输出的估计值降低了几个数量级。[16]
与超新星的关系
编辑芝加哥大学的丹尼尔·赖卡特和阿姆斯特丹大学的提图斯·加拉玛各自分析了GRB 970228的光学光变曲线,都总结出寄主天体可能在伽玛射线暴发生前几周发生了一次超新星爆发。[17][18]
加拉玛分析了本次伽玛射线暴的光变曲线后发现它的光度在不同时间以不同速率衰减。光度在3月6日至4月7日之间衰减得比之前和之后都慢。加拉玛总结道,早期光变曲线主要受伽玛射线暴源的影响,而后期则是由隐藏在背后的Ic型超新星提供能量。[19]赖卡特注意到后期余辉比早期余辉偏红(波长增加),这与当时伽玛射线暴形成机理首选的相对性火球模型不相符。他同时观测到只有GRB 980326这一伽玛射线暴与本次的衰减规律类似,[18]而乔舒亚·布卢姆已提出那个伽玛射线暴与超新星有关。[20]
另一种关于GRB 970228和GRB 980326光变曲线的解释涉及了尘埃回光。尽管对于GRB 980236而言并没有足够的讯息来否定这种解释,赖卡特表示GRB 970228光变曲线的变化只可能是超新星造成的。[21]将伽玛射线暴与超新星联系起来的决定性证据最终在GRB 020813的光谱[22]和GRB 030329的余辉中发现。[23]然而,类似于超新星的特点只有在爆发后几周内可见,这表明早期的光度变化可以用尘埃回光来解释。[24]
寄主星系
编辑在3月12日和13日的夜晚,乔治·梅尔尼克用新技术望远镜观测了该天区。他发现一个暗淡的星云出现在爆发的位置上,几乎可以确定是一个遥远的星系。尽管伽玛射线暴很小可能与那星系无关,它们位置的出奇相符为上述想法提供了有力证据,即伽玛射线暴来自遥远的星系,不在银河系当中。[25]后来对GRB 970508的观测证实了这个结论,那也是首次能确定红移值的伽玛射线暴。[26]
本次伽玛暴的余辉在测定误差范围之内处于寄主星系的几何中心,有力地排除伽玛暴产生于活动星系核的可能。之后测得这个星系的红移值z = 0.695,[2]约等如×109 光年的距离。 8.123[3]在这样的距离和假设各向同性的基础上,这次伽玛暴共释放出×1044 焦耳的能量。 5.2[27]
注释
编辑- ^ 1.0 1.1 1.2 Groot 1997
- ^ 2.0 2.1 2.2 Bloom 2001
- ^ 3.0 3.1 3.2 使用以下在线换算系统计算的共动距离:Wright, Edward L. Ned Wright's Javascript Cosmology Calculator. UCLA Division of Astronomy & Astrophysics. 2008-05-09 [2010-06-11]. (原始内容存档于2018-09-29) (英语).
- ^ 4.0 4.1 “GRB”表示这一天文事件是伽玛射线暴,数字(YYMMDD)表示发生于1997年2月28日。
- ^ Schilling 2002, p. 101
- ^ Schilling 2002, pp. 12–16
- ^ Varendoff 2001, p. 381
- ^ 8.0 8.1 8.2 Costa 1997b
- ^ Schilling 2002, pp. 58–60
- ^ Hurley 1997
- ^ 11.0 11.1 Costa 1997a
- ^ Zwart 2001
- ^ Paczyński 1993
- ^ Katz 1994
- ^ Panaitescu 2007, §2
- ^ Huang 2002
- ^ Schilling 2002, p. 173
- ^ 18.0 18.1 Reichart 1999
- ^ Galama 2000
- ^ Bloom 1999
- ^ Reichart 2001
- ^ Butler 2003
- ^ Stanek 2003
- ^ Moran 2005
- ^ Schilling 2002, p. 102
- ^ Reichart 1998
- ^ Djorgovski 1999
参考文献
编辑- (英文)Bloom, J. S.; et al. The redshift and the ordinary host galaxy of GRB 970228. Astrophysical Journal. 2001, 554 (2): 678–683. Bibcode:2001ApJ...554..678B. arXiv:astro-ph/0007244 . doi:10.1086/321398.
- (英文)Bloom, J. S.; et al. The unusual afterglow of the γ-ray burst of 26 March 1998 as evidence for a supernova connection. Nature. 1999-09-30, 401 (6752): 453–456. Bibcode:1999Natur.401..453B. arXiv:astro-ph/9905301 . doi:10.1038/46744.
- (英文)Butler, Nathaniel R.; et al. The X-ray Afterglows of GRB 020813 and GRB 021004 with Chandra HETGS: Possible Evidence for a Supernova prior to GRB 020813 (PDF). The Astrophysical Journal. 2003-11-10, 597 (2): 1010–1016. Bibcode:2003ApJ...597.1010B. arXiv:astro-ph/0303539 . doi:10.1086/378511.
- (英文)Costa, E. et al. (1997a) "IAU Circular 6572: GRB 970228; 1997aa(页面存档备份,存于互联网档案馆)". International Astronomical Union.
- (英文)Costa, E.; et al. Discovery of an X-ray afterglow associated with the γ-ray burst of 28 February 1997. Nature. 1997b, 387 (6635): 783–785 [2009-04-02]. Bibcode:1997Natur.387..783C. arXiv:astro-ph/9706065 . doi:10.1038/42885. (原始内容存档于2011-05-25).
- (英文)Djorgovski, George. GRB 970228: Redshift and properties of the host galaxy. GCN Circulars. 1999-05-03, 289 [2012-01-27]. (原始内容存档于2009-08-31).
- (英文)Esin, A. A. and Blandford, R. Dust Echoes from Gamma-Ray Bursts. Astrophysical Journal. 2000, 534 (2): L151–L154. Bibcode:2000ApJ...534L.151E. PMID 10813670. arXiv:astro-ph/0003415 . doi:10.1086/312670.
- (英文)Fox, D. W. et al. (6 May 1997) "IAU Circular 6643: GRB 970228; 1997by(页面存档备份,存于互联网档案馆)". International Astronomical Union.
- (英文)Galama, T. J.; et al. Evidence for a Supernova in Reanalyzed Optical and Near-Infrared Images of GRB 970228. The Astrophysical Journal. 2000-06-10, 536 (1): 185–194. Bibcode:2000ApJ...536..185G. arXiv:astro-ph/9907264 . doi:10.1086/308909.
- (英文)Groot, P. J. et al. (12 March 1997) "IAU Circular 6584: GRB 970228(页面存档备份,存于互联网档案馆)". International Astronomical Union.
- (英文)Huang, Yong-feng; et al. Are Gamma-ray Bursts Due to Isotropic Fireballs or Cylindrical Jets?. Chinese Astronomy and Astrophysics. 2002, 26 (4): 414–423. doi:10.1016/S0275-1062(02)00092-9.
- (英文)Hurley, K. et al. (8 March 1997) "IAU Circular 6578: GRB 970228(页面存档备份,存于互联网档案馆)". International Astronomical Union. Retrieved on 23 February 2010.
- (英文)Katz, J. I. Low-Frequency Spectra of Gamma-Ray Bursts. Astrophysical Journal. 1994, 432 (2): L107–L109. Bibcode:1994ApJ...432L.107K. arXiv:astro-ph/9312034 . doi:10.1086/187523.
- (英文)Moran, Jane A. and Reichart, Daniel E. Gamma-Ray Burst Dust Echoes Revisited: Expectations at Early Times. Astrophysical Journal. 2005-10-10, 632 (1): 438–442. Bibcode:2005ApJ...632..438M. arXiv:astro-ph/0409390 . doi:10.1086/432634.
- (英文)Paczyński, Bohdan and Rhoads, James E. Radio Transients from Gamma-Ray Bursters. Astrophysical Journal. 1993, 418: L5–L8. Bibcode:1993ApJ...418L...5P. arXiv:astro-ph/9307024 . doi:10.1086/187102.
- (英文)Panaitescu, A. Decay phases of Swift X-ray afterglows and the forward-shock model. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2007-05-15, 365 (1854): 1197–1205. Bibcode:2007RSPTA.365.1197P. PMID 17293326. doi:10.1098/rsta.2006.1985.
- (英文)Pedichini, F. et al. (22 April 1997) "IAU Circular 6635: GRB 970228; C/1995 O1(页面存档备份,存于互联网档案馆)". International Astronomical Union.
- (英文)Reichart, Daniel E. The Redshift of GRB 970508. Astrophysical Journal Letters (University of Chicago). 1998-02-19, 495 (2): L99–L101. Bibcode:1998ApJ...495L..99R. arXiv:astro-ph/9712134 . doi:10.1086/311222.
- (英文)Reichart, Daniel E. GRB 970228 Revisited: Evidence for a Supernova in the Light Curve and Late Spectral Energy Distribution of the Afterglow. Astrophysical Journal. 1999, 521 (2): L111–L115. Bibcode:1999ApJ...521L.111R. arXiv:astro-ph/9906079 . doi:10.1086/312203.
- (英文)Reichart, Daniel E. Light Curves and Spectra of Dust Echoes from Gamma-Ray Bursts and Their Afterglows: Continued Evidence That GRB 970228 Is Associated with a Supernova. Astrophysical Journal. 2001, 554 (2): 649–659. Bibcode:2001ApJ...554..643R. arXiv:astro-ph/0012091 . doi:10.1086/321428.
- (英文)Schilling, Govert. Flash! The Hunt for the Biggest Explosions in the Universe. Cambridge: Cambridge University Press. 2002. ISBN 0-521-80053-6.
- (英文)Stanek, Krzysztof Z.; Matheson, T.; Garnavich, P. M.; Martini, P.; Berlind, P.; Caldwell, N.; Challis, P.; Brown, W. R.; Schild, R. Spectroscopic Discovery of the Supernova 2003dh Associated with GRB0303291. Astrophysical Journal. 2003-06-12, 591 (1): L17–L20. Bibcode:2003ApJ...591L..17S. arXiv:astro-ph/0304173 . doi:10.1086/376976.
- (英文)van Paradijs, J.; et al. Transient optical emission from the error box of the γ-ray burst of 28 February 1997. Nature. 1997, 386 (6626): 686–689. Bibcode:1997Natur.386..686V. doi:10.1038/386686a0.
- (英文)Varendoff, Martin. Gamma-Ray Bursts. Volken Schönfelder (编). The Universe in Gamma Rays. Berlin: Springer-Verlag. 2001. ISBN 978-3-540-67874-8.
- (英文)Zwart, Simon F. Portegies and Totani, Tomonori. Precessing jets interacting with interstellar material as the origin for the light curves of gamma-ray bursts. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2001-08-17, 328 (3): 951–957. Bibcode:2001MNRAS.328..951P. arXiv:astro-ph/0006143 . doi:10.1046/j.1365-8711.2001.04913.x.