优先级 85 · 伽马暴 GRB · 引力波电磁对应体 · kilonova
Multiwavelength analysis of the progenitor of GRB 230307A via a Bayesian model comparison
GRB 230307A 前身的多波长分析与贝叶斯模型比较
✉ V. Alfradique (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), R. da Mata (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), J. C. Rodríguez-Ramírez (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas) et al.
原文摘要Abstract
GRB 230307A is one of the brightest long-duration gamma-ray bursts (GRBs) ever detected, yet its progenitor remains uncertain due to the variety of plausible astrophysical scenarios. In this work, we investigate four possible progenitors for GRB 230307A: a binary neutron star (BNS), a neutron-star/white-dwarf (NS-WD) system, a neutron-star/black-hole merger, and a tidal disruption event involving a white dwarf and a supermassive black hole. Additionally, we explore three distinct central engine models powering the kilonova associated with the BNS: radioactive decay of <inline-formula><mml:math><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>-process nuclei in a two-component ejecta model, a magnetar-driven model including magnetic dipole spin down, and a combined model of magnetar spin down with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Ni</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>56</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> radioactive decay. We perform Bayesian multiwavelength light curve analyses using physically motivated models and priors and evaluate model performance through Bayes factors and leave-one-out cross-validation scores. Our results show a statistical preference for a BNS or NS-WD progenitor producing a kilonova powered by a magnetar and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Ni</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>56</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decay, characterized by a <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Ni</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>56</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> mass of <inline-formula><mml:math><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>⊙</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and an ejecta mass of <inline-formula><mml:math><mml:mn>0.06</mml:mn><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>⊙</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Furthermore, under the assumption of a BNS origin within this model, we infer binary component masses of <inline-formula><mml:math><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.06</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>⊙</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.04</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>⊙</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with a dimensionless tidal deformability of <inline-formula><mml:math><mml:mover><mml:mi>Λ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>43</mml:mn><mml:msubsup><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>265</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>251</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. From the component mass posteriors, we infer that the observed offset can be explained by a natal kick as long as the systemic velocity is nearly aligned with the prekick orbital motion. In this case, the required kick velocity (comoving frame) and binary separation range within <inline-formula><mml:math><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>'</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn><mml:mi>─</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>150</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>km</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>─</mml:mi><mml:mn>2.5</mml:mn><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>⊙</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively.
展开 ▾
AI 综述
AI-generated · 以原文为准
亮点首次在统一贝叶斯框架下比较 GRB 230307A 的四种前身场景和三种 kilonova 中心引擎,用 Bayes factor 与 LOO 量化模型偏好;所得磁星+N i56 场景可自然解释光学/NIR 发射和宿主偏移,并给出与观测一致的 kick 条件。
脉络与展望此前对 GRB 230307A 的观测研究已揭示其晚期 NIR 超出和重元素谱线,指向富镧系 kilonova 与致密天体并合起源 Yang+ 2024、Levan+ 2024,但前身类型和中心引擎仍有分歧:Wang+ 2024 提出 NS–WD 磁星场景,Du+ 2024 的早期分析也认为致密天体并合最可能。本文在统一贝叶斯框架下比较 BNS、NS–WD、NS–BH 和 TDE 模型,并引入 Sarin+ 2022 的磁星驱动 kilonova 物理模型,结果偏好磁星自旋减慢加 Ni56 衰变,呼应 Sun+ 2025 关于磁星出现的提示。未来打破 BNS 与 NS–WD 简并,需要类似 Kiuchi+ 2023 的数值相对论模拟拓展到 NS–WD 并合,并提供电磁对应物与引力波波形预测;随着 Rubin 时代巡天和下一代引力波探测器提升灵敏度,对这类亮暴的前身识别将进入统计约束与多信使联合阶段。
预印本 2025-10-16 · 刊出 2026-07-23 · 收录 2026-08-20