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ガンマ線バーストで
z～20の宇宙を探る
三原建弘、河合誠之
(理研)
河合誠之 (理研)
• ガンマ線バースト：宇宙で最も明るい光源
– 現在すでに z>10 が見え始めている
• 早期型星の終末に関連
– 発生頻度は星生成率を反映
• 次のステップ
– 赤外大望遠鏡による同時フラッシュと残光の
分光
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GRB970228 X線残光の発見
• BeppoSAXによるX線残光の発見
• KECK, HSTなどによる可視光天体の発見
SAX/WFC
SAX/MECS
F ∝ t-1.3
ASCA
ROSAT/HRI
X線光度曲線
0.3日後
3.5日後
→ Fire Ball Model
2
g線バーストのコスモロジカルモデル
NS - NS (or black hole)
Merger
High velocity: outside host galaxy
Density too low for fireball?
Collapsar
(大質量星の重力崩壊)
In the host galaxy, likely in the
star forming region
May be obscured in visible band
due to dense matter
3
GRB970508: first redshift
• Absorption line
–
z > 0.835
• Host galaxy
–
z = 0.835
• 可視光トランジェン
トの吸収線と母銀河
の輝線のzが一致
4
GRB971214 z~3.4 最遠
HST image
5
GRB990123 Optical Flash!
Up to 9 mag
UTC
9:47:18.3
9:47:43.5
9:47:08.8
9:51:37.5
9:54:22.8
9:57:08.1
exposure
m_v
5 s.
5 s.
5 s.
75 s.
75 s.
75 s.
11.82
8.95
10.08
13.22
14.00
14.53
6
ROTSE
Robotic Optical Transient Search Experiment
University of Michigan.
Los Alamos National Laboratory
Lawrence Livermore National Laboratory
OPTICS
Canon 200 mm focal
length, f/1.8, telephoto
lenses in FD mounts
IMAGER
Apogee Instruments AP-10
CCD cameras with
Thomson 2048 x 2048
14 mm imagers.
Estimated readout noise:
25 e- at 1.0 Megapixels/s.
7
GRB990123
optical transient
ｚ ~ 1.6
Kulkarni et al.
8
Host galaxy of GRB990123
8 February 1999
23 March 1999
Small irregular galaxies
(like LMC)
Blue: large star formation
rate per mass
9
Distance of g-ray bursts
• BATSEはすでに
z>10のバーストを
観測していた!
2
10
30
z
Star forming rateを仮定したモデル
実線：光度一定の場合
破線：Luminosity Function
を仮定した場合
10
g-ray Burst and
Star Forming Rate
• Small irregular galaxies
• Blue: large star formation rate
• Distribution consistent with
– star forming rate
– constant co-moving volume
• → GRBは星生成率の指標
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HETE (High Energy Transient Explorer)
January 2000:
Launch from
Kwajalein
(South Pacific)
機上で位置決め
1分角の精度で
10s以内に通報
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Swift
scheduled in 2003
 M u lti-w avelen g th o b servato ry
 B urst A lert T elescope (B A T ): 10-150 keV
 d etect ~ 300 g am m a ray b u rsts p er year
 o n b o ard co m p u tatio n o f p o sitio n s
 arc-m in u te p o sitio n al accu racy
 D edicated telescopes for X -rays, U V , and optical
afterglow follow up:
 0.3-10 keV X -ray T elesco p e (X R T )
Rapid response satellite
20 - 70 sec to slew within FOV of BAT
 170-650 n m U V /O p tical T elesco p e (U V O T )
 0.3-2.5 arc-seco n d lo catio n s
 existin g h ard w are fro m JE T -X an d X M M
 d eterm in e red sh ifts fro m X -ray ab so rp tio n ,
autonomous operations
factor 100 improved response time lin es, an d L ym an - cu to ff
continue monitoring of fading afterglow
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Z～20の宇宙を見るには
• g線、X線のアラート体制は整った（整う）
• zを決めるのには可視光（赤外）が有効
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Z～20の宇宙を見るには
• 赤外フラッシュ、残光を明るいうちに捕まえる
– 即応性。できる限り早く（1分以内？）に観測を
開始する
– 分光が重要。空間分解能は現状程度でよい
– 赤方偏移した 吸収線や Ly α → 高山、宇宙
– 大口径は必要
– 母銀河はたぶん無理
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