[論文レビュー] Prompt And Delayed Radio Bangs At Kilohertz By SN 1987A: A Test For Graviton-Photon Conversion

Daniele Fargion|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 1996

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、超新星SN 1987Aの磁場内における重力子-光子変換が、キロヘルツ周波数帯の即時的・遅延的電波パルスを生成する可能性を提案している。即時の信号はニュートリノパルスと一致し、銀河間磁場による変換により、数世紀にわたって続く遅延した「尾びれ」信号が生じる。このような信号は微弱（マイクロ・からミリ・ジャンスキー程度）であるが、感度の高い人工衛星アンテナネットワークによって検出可能であり、重力波パルスやアクシオンのようなダークマター候補の探査に役立つ可能性を示している。

ABSTRACT

A sequence of prompt and delayed radio signals at tens of kilohertz should reach the Earth (or Jupiter) due to graviton--photon conversion in interstellar as well as local planetary magnetic fields. These radio fluxes may be a detectable probe of a huge gravitational burst expected from Supernovae explosions. The earliest prompt radio signal, coinciding with the neutrino burst, is due to conversion in the terrestrial (or Jovian) magnetic field and is below the micro-Jansky (or milli-Jansky) level for a galactic Supernova like SN1987A. A later radio signal, a ``tail'', due to the same graviton - radio wave conversion in random interstellar fields will maintain a relic radio ``noise'' for hundreds or thousands of years and might even be still detectable by a very sensitive network of satellite antennas at the kilohertz band. Exact solutions are presented here for the graviton-photon conversion in a refractive medium, as well as their consequences for high energy supernovae and the 2.726 K background radiation.

研究の動機と目的

• 地上および銀河間磁場内における重力子-光子変換が、SN 1987Aのような超新星から検出可能な電波信号を生成できるかどうかを調査すること。
• キロヘルツ周波数帯での即時的・遅延的電波パルスが重力波パルスの兆候として検出可能かどうかを評価すること。
• 光子との結合を介して、超軽量ダークマター候補（例：アクシオン）を調べるためのこのような信号の可能性を検討すること。
• 地球および銀河間磁場を含む屈折性媒体内における重力子-光子変換の正確なダイナミクスをモデル化すること。
• 数世紀から数千年にわたって続く、重力子-光子変換に起因する長期間にわたる残響電波ノイズの検出可能性を評価すること。

提案手法

• 外部磁場下における屈折性媒体内での重力子-光子変換の正確な解を解析的に導出すること。
• 地球または木星の磁場内での変換に起因する即時の電波信号をモデル化し、SN 1987Aのニュートリノパルスと同期させること。
• ランダムな銀河間磁場内での変換に起因する遅延電波放射をシミュレーションし、持続的な「尾びれ」信号を生成すること。
• キロヘルツ帯における信号の放射度レベルを計算し、マイクロ・ジャンスキーおよびミリ・ジャンスキー程度の振幅を推定すること。
• 理論的枠組みに2.726 Kの宇宙マイクロ波背景放射を組み込み、一貫性を確保すること。
• 微弱で長期間にわたる電波ノイズの検出戦略として、人工衛星ベースのアンテナネットワークを用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星および銀河間磁場内での重力子-光子変換が、SN 1987Aのような銀河系超新星からキロヘルツ周波数帯の検出可能な電波パルスを生成できるか？
• RQ2 ニュートリノパルスと一致する即時の電波信号の予想される放射度レベルと時間スケールは何か？
• RQ3 銀河間重力子-光子変換に起因する遅延電波「尾びれ」はどのくらいの期間にわたって持続し、今日でも検出可能か？
• RQ4 2.726 Kの宇宙マイクロ波背景放射は、変換プロセスにどのような役割を果たすか？
• RQ5 このような信号が重力波パルスまたはアクシオン様粒子の探査に実用的なプローブとして機能できるか？

主な発見

• 地球の磁場内での重力子-光子変換に起因する即時の電波信号は、マイクロ・ジャンスキー程度のレベルに予測され、SN 1987Aのニュートリノパルスと一致する。
• 銀河間磁場内での変換に起因する遅延電波「尾びれ」信号は、初期イベントから数世紀から数千年にわたって持続すると予想される。
• 遅延信号は、キロヘルツ帯で感度の高い人工衛星アンテナネットワークにより、ミリ・ジャンスキー程度のレベルで検出可能であると推定される。
• 屈折性媒体内での重力子-光子変換の正確な解析的解が導出され、信号生成メカニズムの理論的基盤が提供された。
• このモデルは、弱い結合を持つ重力波パルスおよびアクシオン様粒子の探査に、このような電波放射がプローブとして機能できることを示唆している。
• 2.726 Kの宇宙マイクロ波背景放射が、残響電波ノイズの長期的進化において変換プロセスに影響を与えることが示された。