[論文レビュー] To the search for observational evidence of wormholes

A. Pozanenko, A. A. Shatskiy|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、仮説上の虫垂（WH）を通過するガンマ線バースト（GRBs）が、ソフトガンマ線ループラー（SGRs）に類似した観測可能な繰り返し発生する、硬スペクトルのバーストを生成できるかどうかを調査する。光子フラックス分布およびパワースペクトルの理論的モデリングを用い、既知のSGRsがWH候補である証拠は得られなかったが、より硬く、長期間にわたる繰り返し発生するGRBs、あるいは異なる方向からの同一の光曲線が、WHの兆候である可能性があると特定した。

ABSTRACT

We consider observational properties of gamma-ray bursts (GRB) transmitted by hypothetical wormholes (WH). Such burst would be observable as repeating source, analogous to Soft Gamma-Repeaters (SGR). We show that the known sources of SGR cannot be WH candidates. We also discuss observational properties of GRB which might be a signature of WH.

研究の動機と目的

• 虫垂（WH）を通過するガンマ線バースト（GRBs）が、観測可能な天体物理学的シグナルを生成できるかどうかを調査すること。
• 連続的および離散的光子フラックスアプローチを用いて、WHを通過するGRBsの微分パワー スペクトル（DPS）をモデリングすること。
• 理論的予測を既知のSGRsおよびGRBsの観測特性と比較し、WH候補としての妥当性を評価すること。
• 繰り返し発生するバーストや、異なる方向からの同一の光曲線といった、WHを介したGRBsの潜在的観測マーカーを同定すること。
• 宇宙距離または近接（1–5 pc）でのGRB観測によるWH検出の可能性を評価すること。

提案手法

• 均一な源分布と球対称なWH幾何構造を仮定し、連続的フラックスモデルを用いて微分パワー スペクトル（DPS）を導出する。
• 式 $ s = I \cdot \frac{S_0}{4\pi r^2} \cdot f(\theta) \cdot \kappa \cdot \frac{S_1}{4\pi R^2} $ を適用する。ここで $ f(\theta) $ は偏光関数、$ \kappa $ はWHの喉部を通過する光子損失を表す。
• 源数の解析に積分パワー スペクトル $ \log N(>s) - \log s $ を用い、DPSと関連付けるために $ N(s) = \int N'(s) ds $ を使用する。
• 検出されたイベントの累積数 $ N(>s) $ を、源の距離とフラックス閾値の関数として扱い、立体角および半径方向の体積積分を行う。
• GRBデータ、特にBATSE観測データを用いて、予測されたスペクトルと観測されたGRBおよびSGRの特性を比較する。
• 統計的確率推定を用いて、同一の光曲線を示す繰り返し発生するGRBsや重複する誤差ボックスを持つGRBsがWH候補である可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 虫垂を通過するGRBsが、SGRsに類似した性質を示す観測可能な繰り返し発生バーストを生成できるか？
• RQ2 虫垂の喉部を通過するGRBsの期待される微分パワー スペクトルは何か？
• RQ3 スペクトルの硬さとバースト持続時間を考慮すると、既知のSGRsはWHを介したGRBsと整合的か？
• RQ4 異なる天の方向から得られる同一の光曲線は、WHを介したGRBsの証拠となり得るか？
• RQ5 観測基準（例：持続時間、スペクトルの硬さ、後光の欠如）によって、GRBがWH候補と特定できるか？

主な発見

• 均一な源分布のもとで、WHを通過するGRBsの微分パワー スペクトルは、ユークリッド空間幾何学に一致する $ s^{-5/2} $ の依存性を示す。
• 既知のSGRsは、そのスペクトルのソフトさと2–8秒の持続的パルスのため、WH候補である可能性は低い。これらは磁気星モデルによりより適切に説明できる。
• WHを介したGRBsの確認された候補はまだ同定されていない。BATSEデータにおける繰り返し発生するGRBsの探索（例：トリガー5646–5649）では、統計的に有意な証拠は得られなかった。
• SGRsとは異なる、より硬く、長期間にわたる繰り返し発生するGRBsは、別の宇宙からの放射を反映している可能性があるため、潜在的なWH候補である。
• 検出可能な宿主銀河や光学的後光が観測されないGRBs（「暗黒GRBs」）は、WHの近接性または宇宙距離のWHを示唆する可能性がある。
• WHが我々の宇宙の2つの領域を接続している場合、同一のGRBイベントが、喉部質量比に関連する時間遅れを伴って2度、同一の光曲線で観測される可能性がある。