УДК 524.354.4
ПРОДЛЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КОРОТКИХ ГАММА-ВСПЛЕСКОВ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ С ПОМОЩЬЮ SPI-ACS INTEGRAL
©2010г. П.Ю.Минаев1,2*, А. С. Позаненко1, В. М. Лозников1
1Институт космических исследований РАН, Москва 2Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва
Поступила в редакцию 24.11.2009 г.
Исследованы короткие гамма-всплески (T90<2 с), зарегистрированные в эксперименте SPI-ACS обсерватории INTEGRAL. Построены усредненные кривые блеска различных групп событий, включающие короткие гамма-всплески и неотождествленные короткие события. В усредненной кривой блеска как коротких гамма-всплесков, так и неотождествленных коротких событий, обнаружено продленное излучение. Показано, что доля коротких гамма-всплесков в общем количестве гамма-всплесков SPI-ACS может составлять от 30 до 45%, что существенно больше, чем считалось ранее.
Ключевые слова: короткие гамма-всплески, продленное излучение, послесвечение.
ВВЕДЕНИЕ
Бимодальность в распределении длительностей гамма-всплесков была открыта в серии экспериментов Konus (Мазец и др., 1981) и впоследствии подтверждена на большем статистическом материале по данным эксперимента BATSE (Куве-лиоту и др., 1993), где был предложен устойчивый параметр длительности гамма-всплеска Tg0 (см. раздел "Обработка данных"). Длительные гамма-всплески имеют длительность Tgo > 2 с. Значение параметра Tg0, разделяющего группы гамма-всплесков, может зависеть от эксперимента (Tg0 > 2 с используется в эксперименте BATSE). Длительные гамма-всплески имеют более мягкий спектр по сравнению с короткими; также они обладают спектральной временной задержкой — временной профиль в более мягких энергетических каналах "запаздывает" относительно профиля в жестких каналах. Считается, что длительные гамма-всплески связаны с коллапсом массивных звезд (см., например, Пачинский, 1998). Природа коротких гамма-всплесков до конца не выяснена. Теоретические исследования показали, что короткие гамма-всплески могут быть связаны со слиянием компактных объектов (нейтронных звезд или черных дыр) в двойных системах (Па-чинский, 1986). Это подтверждается отсутствием наблюдательных признаков сверхновой в кривой блеска оптического послесвечения коротких гамма-всплесков. Также есть предположение, что существуют сверхкороткие гамма-всплески
Электронный адрес: minaevp@mail.ru
(Tg0 < 0.1 c), составляющие отдельный класс событий, наряду с выделяемыми в настоящее время длительными и короткими гамма-всплесками, и что источником сверхкоротких всплесков могло бы быть испарение первичных черных дыр в Галактике (Пейдж, Хокинг, 1976; Клайн и др., 2006).
Недавно был зарегистрирован один из самых далеких гамма-всплесков — GRB 090423, красное смещение которого составляет z ~ 8.2, длительность в системе отсчета наблюдателя Tg0 =10.3 с, однако в системе отсчета, связанной с источником гамма-всплеска, Tg0 = 1.1 с. Неизвестно, какому классу следует отнести это событие — к длительным или коротким всплескам, поскольку значительное энерговыделение (1053 эрг) этого события характерно для длительных всплесков. К сожалению, не всегда удается получить какую-либо дополнительную информацию (энергетический спектр, красное смещение источника и т.п.) о конкретном событии помимо его длительности Tg0. Поэтому существует неопределенность при выборе модели конкретного события только лишь на основании значения длительности Tg0 в системе отсчета наблюдателя. Одна из серьезных проблем отождествления короткого события с гамма-всплеском связана с существованием источников повторного мягкого гамма-излучения, кривые блеска которых очень похожи на кривые блеска гамма-всплесков (Мазец и др., 2008).
В экспериментах BATSE (Лаззати и др., 2001; Коннатон, 2002), Konus (Фредерикс и др., 2004), BeppoSAX (Монтанари и др., 2005) в усредненной кривой блеска коротких гамма-всплесков
было найдено продленное излучение (возможно, послесвечение) в мягком гамма-диапазоне (> 25—50 кэВ) длительностью более 30 с (табл. 1). Продленное излучение с длительностью десятки секунд также найдено в кривых блеска некоторых индивидуальных коротких гамма-всплесков (Тдо < 2 с) в экспериментах Swift, BATSE, HETE-2, Konus (Буренин, 2000; Норрис, Бон-нел, 2006), причем, найденное в этих экспериментах продленное излучение имеет более мягкий спектр по отношению к главному короткому эпизоду, который по своим спектральным свойствам аналогичен коротким всплескам. В кривых блеска нескольких событий с продленным излучением спектральная задержка присутствует, такие гамма-всплески можно отнести к классу длительных всплесков, однако в кривых блеска большинства "коротких" гамма-всплесков с продленным излучением спектральная задержка не наблюдается, например, в случае гамма-всплеска GRB 060614 (Герелс и др., 2006): длительность Tg0 в диапазоне 15—350 кэВ составляет 102 с; на месте всплеска 060614 не было найдено признака сверхновой, несмотря на то, что расстояние до него невелико (z = 0.125). Кривая блеска этого события состоит из короткого жесткого эпизода с длительностью менее 5 с и более мягкого излучения длительностью ^100 с. Спектральная задержка в кривой блеска отсутствует. Так длинный этот гамма-всплеск или все же короткий? Является ли продленное излучение общим свойством коротких гамма-всплесков? Какова физика продленного излучения — является ли это излучение продолжением активности "центральной машины" или это начало рентгеновского послесвечения? В этой работе мы попытались ответить на эти вопросы, исследуя короткие гамма-всплески, зарегистрированные в более жестком энергетическом диапазоне (>80 кэВ) по отношению к предыдущим исследованиям продленного излучения, с помощью антисовпадательной защиты (ACS) спектрометра SPI обсерватории INTEGRAL. Также составлен каталог подтвержденных коротких гамма-всплесков, зарегистрированных с помощью SPI-ACS INTEGRAL за период 2002—2007 гг., который в части коротких гамма-всплесков дополняет и расширяет каталог Рау и др. (2005), содержащий данные за 2002— 2005 гг.
ОТБОР И ОБРАБОТКА ДАННЫХ SPI-ACS INTEGRAL
SPI-ACS состоит из пластикового сцинтилля-тора PSAC, BGO-кристаллов (германат висмута) верхнего и нижнего коллиматорных колец, нижнего
Таблица 1. Продленное излучение в усредненной кривой блеска коротких гамма-всплесков
Эксперимент Диапазон энергий, кэВ Число исследованных GRBs Длительность излучения,с
BATSE 25-110 76 1001
BATSE 50-300 100 1002
Konus 10-750 125 1003
BeppoSAX 40-700 93 зо4
INTEGRAL > 80 53 255
INTEGRAL > 80 43 1256
1 Лаззати и др. (2001).
2 Коннатон (2002).
3 Фредерикс и др. (2004).
4 Монтанари и др. (2005).
5 Данная работа, первая группа событий.
6 Данная работа, третья группа событий.
защитного щита, также BGO-кристаллы расположены в боковых стенках. BGO-кристаллы просматриваются фотоумножителями (ФЭУ), и отсчеты со всех ФЭУ регистрируются в едином канале. SPI-ACS регистрирует фотоны почти со всех направлений. Наименее чувствительным является направление, совпадающее с полем зрения телескопа SPI, составляющем 30° х 30°. SPI-ACS имеет нижний порог чувствительности ^80 кэВ — физические свойства отдельных сборок BGO (детектор + ФЭУ + дискриминатор) немного отличаются и имеют различные нижние пороги от 60 до 120 кэВ; верхний порог составляет ^10 МэВ. Временное разрешение SPI-ACS равно 50 мс (фон Киенлин, 2003). SPI-ACS обладает стабильным уровнем фона благодаря высокой эллиптической орбите обсерватории. Хотя с помощью SPI-ACS нельзя получить спектральной информации, высокий верхний порог чувствительности и близкое к 4п поле зрения делают его мощным инструментом для исследования класса жестких коротких гамма-всплесков. SPI-ACS является частью системы IBAS (INTEGRAL Burst Alert System; Ме-регетти и др., 2003). Программно-реализованный алгоритм IBAS выделяет события на 9 различных временных масштабах (0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1, 2 и 5 с) при условии, что значимость события по отношению к среднему значению фона составляет 9, 6, 9, 6, 9, 6, 9 и 6а соответственно. Кривые блеска выделенных этим алгоритмом событий (содержащие данные от —5 с до 100 с относительно времени срабатывания) являются общедоступными (http://isdcarc.unige.ch/arc/FTP/ibas/spiacs/).
Таблица 2. Каталог подтвержденных коротких гамма-всплесков, зарегистрированных с помощью SPI-ACS INTEGRAL
GRB Время срабатывания, UT Т90, с С max, (отсчеты/50 мс) хЮ3 Подтверждение1 Tgo2, С Комментарии
030101 20:43:32 0.7 ± 0.1 1.9 ± 0.1 и, h,k 1.0 [36] +
030105 14:34:12 1.2 ±0.15" 3.7 ±0.1 m, k, г 1.23 [46] +
030109 9:37:37 0.35 ±0.1 0.6 ±0.1 u +
030110 9:39:28 0.1 ±0.05 1.3 ± 0.1 k + пер.3
030117 17:36:14 0.15 ±0.05 3.7 ±0.1 k (130с)4 +
030217 23:31:42 0.35 ±0.05 4.1 ±0.1 m +
030325 14:15:11 2 ±0.15 2 ± 0.1 u, k, m 2.0 [37] +
030523 14:10:52 0.15 ±0.05 1 ±0.1 k, r 0.12 [46] +
030607 2:19:21 0.1 ±0.05 - k пер.
030629 3:26:39 0.15 ±0.05 3.1 ±0.1 k + пер.
030711 0:04:01 0.25 ±0.05 m (-95с) пер.
030717 20:49:24 0.05 ±0.05 4.1 ±0.1 u 0.06 [38] пл. фон5
030916 21:59:18 0.65 ±0.1 1 ±0.1 k +
030926 16:52:27 0.2 ±0.05 0.6 ±0.1 r, h, m, k 0.28 [46] +
030929 14:27:14 0.45 ±0.05 - k пер.
031026 1:26:29 0.25 ±0.05 2.3 ±0.1 m, k +
031208 1:18:28 2.0 ±0.5 - k пер.
031210 11:51:06 0.7 ± 0.1 0.4 ±0.1 k +
031214 10:10:50 0.3 ±0.05 59.9 ±0.4 k, m 0.3 [7] пр. изл.6
040202 13:29:52 0.4 ±0.05 2 ± 0.1 u +
040312 0:02:35 0.3 ±0.1 2.9 ±0.1 k, r 0.16 [46] +
040322 7:29:02 0.1 ±0.05 - k, m 0.19 [8] пер.
040324 10:21:10 0.2 ±0.05 11.7 ± 0.2 k, r 0.26 [46] +
040329 11:10:49 2 ±0.05 14.3 ±0.2 k, r 2.07 [46] +
040417 8:05:09 1.25 ±0.1 0.4 ±0.1 k +
040802 18:02:20 1.1 ±0.3 0.5 ±0.1 h, m, k +
040822 21:21:53 0.55 ±0.1 0.9 ±0.1 k, r 1.38 [46] +
041013 22:56:26 0.35 ±0.05 2.2 ±0.1 m, k, r 0.36 [46] +
041116 14:42:41 1.1 ±0.15 1 ±0.1 h, k 0.5 [9] +
041213 6:59:36 0.1 ±0.05 2.9 ±0.1 k, r 0.14 [46] + пер.
050111 6:52:26 0.1 ±0.1 0.9 ±0.1 k, h (100с) +
050112 11:10:23 0.45 ±0.05 17.9 ±0.2 k, h 0.52 [53] +
050212 21:24:12 0.2 ±0.05 6.9 ±0.2 k +
Таблица 2. Продолжение
оив Время срабатывания, ит Т90, с с*тах, (отсчеты/50 мс) хЮ3 Подтверждение1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.