1

ガンマ線バーストでz ～ 20 の宇宙を探る

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

三原建弘、河合誠之 ( 理研 )

2

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

0.3 日後 3.5 日後

ASCA

SAX/WFC

SAX/MECS

ROSAT/HRI

F ∝ t-1.3

X 線光度曲線

→ Fire Ball Model

3

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

4

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

5

GRB971214 z~3.4 最遠

HST image

6

GRB990123 Optical Flash! Up to 9 mag

UTC exposure m_v

9:47:18.3 5 s. 11.829:47:43.5 5 s. 8.959:47:08.8 5 s. 10.089:51:37.5 75 s. 13.229:54:22.8 75 s. 14.009:57:08.1 75 s. 14.53

7

ROTSERobotic Optical Transient Search Experiment

OPTICSCanon 200 mm focal length, f/1.8, telephoto lenses in FD mounts

IMAGERApogee Instruments AP-10 CCD cameras with Thomson 2048 x 2048 14 m imagers.Estimated readout noise: 25 e- at 1.0 Megapixels/s.

University of Michigan. Los Alamos National LaboratoryLawrence Livermore National Laboratory

8

ｚ ~ 1.6Kulkarni et al.

GRB990123 optical transient

9

Host galaxy of GRB990123

8 February 1999 23 March 1999

Small irregular galaxies (like LMC)Blue: large star formation rate per mass

10

　　 実線：光度一定の場合　　　破線： Luminosity Function 　　　 を仮定した場合

Distance of -ray bursts

• BATSE はすでに z>10 のバーストを観測していた !

102 30 z

Star forming rate を仮定したモデル

11

-ray Burst andStar 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

12

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

13

Swift 　 scheduled in 2003

Rapid response satellite

20 - 70 sec to slew within FOV of BAT

autonomous operations factor 100 improved response time continue monitoring of fading afterglow

Multi-wavelength observatory

Burst Alert Telescope (BAT): 10-150 keV

detect ~ 300 gamma ray bursts per year

onboard computation of positions

arc-minute positional accuracy

Dedicated telescopes for X-rays, UV, and opticalafterglow follow up:

0.3-10 keV X-ray Telescope (XRT)

170-650 nm UV/Optical Telescope (UVOT)

0.3-2.5 arc-second locations

existing hardware from JET-X and XMM

determine redshifts from X-ray absorption,lines, and Lyman- cutoff

14

Z ～ 20 の宇宙を見るには

• 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

15

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

16