[論文レビュー] Comment on ``Cosmological Gamma Ray Bursts and the Highest Energy Cosmic Rays''

Arnon Dar|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、宇宙論的ガンマ線バースト（GRBs）が超高エネルギー宇宙線（UHECRs）の源であるという仮説を批判しており、特に亀井大規模エアシャワー配列（AGASA）からの最近の観測データが、銀河間のGRBsがUHECRsの起源であることを排除していると主張している。著者らは、GRBモデルが観測された最高エネルギー宇宙線のフラックスおよびスペクトルを説明できないと結論づけている。

ABSTRACT

In a letter with the above title, published some time ago in PRL, Waxman made the interesting suggestion that cosmological gamma ray bursts (GRBs) are the source of the ultra high energy cosmic rays (UHECR). This has also been proposed independently by Milgrom and Usov and by Vietri. However, recent observations of GRBs and their afterglows and in particular recent data from the Akeno Great Air Shwoer Array (AGASA) on UHECR rule out extragalactic GRBs as the source of UHECR.

研究の動機と目的

• ワクスマンらが提唱したように、宇宙論的ガンマ線バースト（GRBs）が超高エネルギー宇宙線（UHECRs）の源である可能性を評価すること。
• GRBsおよびUHECRsに関する最近の観測データが、GRB-UHECR接続仮説と整合しているかどうかを評価すること。
• 銀河間のGRBsが観測されたUHECRsのフラックスおよびエネルギースペクトルを説明可能かどうかを特定すること。
• 1995年のワクスマンによる元のPRL論文が提唱したGRB-UHECR連関について、批判的なコメントを提供すること。
• AGASAのデータがGRBsをUHECRsの主な源であるとしないことを強化すること。

提案手法

• 亀井大規模エアシャワー配列（AGASA）からの超高エネルギー宇宙線のフラックスおよびスペクトルに関する観測的制約を分析する。
• 銀河間のGRBsがもたらすUHECRフラックスの理論的予測と、観測されたUHECRデータを比較する。
• 観測されたUHECRフラックスを生成するのに必要なGRBsの全放射エネルギー出力および発生率を、GRBsを源と仮定して評価する。
• エネルギー損失の考慮（例：GZKカットオフ）を適用し、GRBモデルとUHECRの伝搬の整合性をテストする。
• GRBsのフォローアフターグロウデータをレビューし、粒子を超高エネルギーに加速するメカニズムの可能性を評価する。
• 観測されたGRB発生率および等価全放射エネルギー出力に基づく統計的議論を用い、GRBsが主なUHECR源であることを排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河間のガンマ線バーストは、観測された超高エネルギー宇宙線のフラックスを生成できるか？
• RQ2 UHECRsのエネルギースペクトルは、宇宙論的GRB起源と整合的か？
• RQ3 GRBsの観測された発生率および全放射エネルギー出力は、UHECRフラックスを説明するのに必要な条件を満たしているか？
• RQ4 AGASAおよびGRBフォローアフターグロウからの観測的制約は、GRB-UHECR仮説と矛盾するか？
• RQ5 GRBsは、UHECRデータで観測されるGZKカットオフおよび他の伝搬効果を説明できるか？

主な発見

• 亀井大規模エアシャワー配列（AGASA）からの最近のデータは、UHECRsのフラックスが銀河間のガンマ線バーストを源とする予測と整合しないことを示している。
• 観測されたUHECRsのフラックスを生成するのに必要なGRBsの等価全放射エネルギー出力は、観測限界を数個の桁以上上回っている。
• GRBsの観測発生率は、観測されたUHECRsのフラックスを説明するのに不十分である。
• GRBフォローアフターグロウ観測は、必要なレートでUHECRsを生成できるほど強い粒子加速メカニズムを支持しない。
• GZKカットオフおよび伝搬効果がさらにGRBモデルを制約し、UHECRsデータと整合しないことを示している。
• この論文は、現在の観測的制約に基づき、銀河間のGRBsが超高エネルギー宇宙線の主な源であるとは考えられないという結論に至っている。