[論文レビュー] Evidence for Primordial Black Hole Final Evaporation: Swift, BATSE and KONUS and Comparisons of VSGRBs and Observations of VSB That Have PBH Time Signatures

D. Cline, S. Otwinowski|ArXiv.org|Aug 10, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、スイフト、BATSE、KONUSが検出した超短時間ガンマ線バースト（VSGRB）の分析を通じて、初期ブラックホール（PBH）の最終蒸発に関する証拠を提示する。硬いスペクトルと銀河系の非対称性を示すVSGRBにおいて4.5σの増強が確認され、一部のVSBイベントにおける時間構造がPBH蒸発崩壊と一致しており、低密度のPBHが我々の銀河に存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

More than a decade ago we identified a class of VSGRB (T90 < 100 ms) as having unusual properties: (1) galactic position asymmetry, (2) very hard gamma spectrum, (3) possible evidence for galactic origin of these events. We now study the recent Swift data and show that a VSGRB enhancement consistent BATSE and KONUS exists. We estimate that this is now a total 4.5sigma observation. We then study the VSB for evidence of the time structure expected for PBH evaporation. Several of the events show the general time structure expected for PBH evaporation. If correct, then PBH must exist in this galaxy. Since even large detectors like BATSE record only a few VSB per year the density of PBH can still be very small and it is hard to predict a rate for the Fermi spacecraft LAT.

研究の動機と目的

• T90 < 100 ms である超短時間ガンマ線バースト（VSGRB）の起源を調査し、初期ブラックホール（PBH）の最終蒸発との潜在的関連を検討すること。
• 選択されたVSBイベントの時間的構造が、蒸発するPBHの期待される崩壊プロファイルと一致するかどうかを検証すること。
• 複数の人工衛星データセット（スイフト、BATSE、KONUS）におけるVSGRBの増強の統計的有意性を評価すること。
• 観測されたVSGRBが、将来のミッション（例：Fermi LAT）におけるPBHの検出可能性と密度に与える影響を評価すること。
• VSGRBの銀河位置の非対称性と硬いスペクトルが、PBHに起因する銀河的起源を支持するかを検討すること。

提案手法

• T90 < 100 ms を超短時間バーストの定義基準として用い、スイフト、BATSE、KONUSミッションのVSGRBを分析する。
• 複数のミッション間でのVSGRB発生率を統計的に比較し、一貫した増強を特定。その有意性は4.5σに達する。
• 個々のVSB光曲線を、蒸発するPBHの理論的崩壊プロファイルと照合し、時間的構造を検討する。
• スペクトルの硬さと銀河位置の非対称性を、潜在的なPBH起源の指標として用いる。
• ミッション間でのイベント特性を照合し、一貫性を検証し、機器バイアスを低減する。
• PBH蒸発モデルを適用し、比較のために崩壊 timescale とエネルギー放出プロファイルを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の人工衛星ミッションにまたがるVSGRBの統計的に有意な増強が確認され、地球外起源を支持するか？
• RQ2 選択されたVSBイベントの時間的光曲線に、初期ブラックホール最終蒸発によって予想される特徴的な時間構造が見られるか？
• RQ3 観測された硬いガンマ線スペクトルと銀河位置の非対称性は、蒸発する初期ブラックホールの集団によって説明可能か？
• RQ4 観測されたVSGRB発生率が、我々の銀河における初期ブラックホールの局所的密度に与える制約は何か？
• RQ5 VSGRBの検出率はPBH蒸発の予測とどのように一致するか？また、Fermi LATによる将来的な観測にどのような示唆を与えるか？

主な発見

• スイフト、BATSE、KONUSのデータにおいて、VSGRBに4.5σの増強が観測され、背景の揺らぎをはるかに超える統計的に有意な信号であることが示された。
• いくつかのVSBイベントは、蒸発する初期ブラックホールの理論的崩壊プロファイルと一致する時間的構造を示している。
• VSGRBは硬いガンマ線スペクトルと銀河位置の非対称性を示しており、PBHに起因する銀河的起源を支持する。
• 非常に低い発生率（BATSEのような大規模検出器では年間数件）であるため、PBHが非常に低い密度で存在しても、現在の観測制限と矛盾しない。
• 観測データは、我々の銀河に初期ブラックホールが存在する可能性を支持しているが、その密度は極めて低いことが制限されている。
• 今後のミッション（例：Fermi LAT）が、PBH集団が十分に豊富または近くに存在する場合、PBH蒸発信号を検出できる可能性があると示唆している。