[論文レビュー] Weak-Scale Hidden Sector and Fireball Models of Gamma-Ray Bursts

D. Demir, Herman J. Mosquera Cuesta|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、赤超巨星の核の収縮中に生成される、弱い力で相互作用する隠れたセクター粒子の対消失が、エネルギーを相対論的フレイバルに効率的に変換することで、ガンマ線バースト（GRB）を駆動する可能性を提案している。このメカニズムはバリオン負荷問題を回避し、ニュートリノ放出エネルギーと同等のフレイバルエネルギーを再現する。

ABSTRACT

The annihilation of pairs of very weakly interacting particles in the neibourghood of gamma-ray sources is introduced here as a plausible mechanism to avoid the baryon load problem. This way we can explain how these very high energy gamma-ray bursts can be powered at the onset of very energetic events like supernovae explosions. Our approach uses the weak-scale hidden sector models in which the Higgs sector of the standard model is extended to include a gauge singlet that only interacts with the Higgs particle. These particles would be produced during the implosion of the red supergiant star core. The whole energetics of the relativistic blast wave, the fireball, is easily reproduced, and found to be comparable to that one carry away by the neutrino burst.

研究の動機と目的

• 高エネルギー放射が過剰なバリオン含有量によって妨げられるガンマ線バースト（GRB）モデルにおけるバリオン負荷問題に対処すること。
• 標準的なバリオン過程を回避し、観測された高エネルギー出力と整合する代替エネルギー源を探索すること。
• 赤超巨星の核の収縮中に生成される、弱い力で相互作用する隠れたセクター粒子が、相対論的フレイバル段階を駆動できるかを調査すること。
• このメカニズムによって、フレイバルに含まれる全エネルギーが自然に再現され、ニュートリノバーストが運ぶエネルギーと一致することを示すこと。

提案手法

• 標準模型ヒッグスにのみ結合するゲージシングレットのヒッグス的粒子を有する弱いスケールの隠れたセクターモデルを導入すること。
• 赤超巨星の核の収縮中に発生する高エネルギー状態が、こうした弱い力で相互作用する粒子の生成を促進することをモデル化すること。
• ガンマ線源の近傍で粒子-反粒子対の消失率を計算し、エネルギー放出が主に消失によって生じると仮定すること。
• 消失プロセスから生じるフレイバルの全エネルギー出力を推定し、核崩壊超新星で観測されたニュートリノバーストのエネルギーと比較すること。
• フレイバルのエネルギー予算を一貫性のチェックに用い、過剰なバリオン負荷を必要とせずに観測されたGRBエネルギーと一致することを確認すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 隠れたセクター粒子の対消失は、ガンマ線バーストにおける相対論的フレイバルを駆動するのに十分なエネルギーを供給できるか？
• RQ2 このメカニズムは、標準的なGRBエネルギー生成モデルが制限を受けるバリオン負荷問題をどのように回避するか？
• RQ3 この消失プロセスによって生じるフレイバルの全エネルギー出力はどの程度で、ニュートリノバーストのエネルギーと比べてどうなるか？
• RQ4 このエネルギー放出メカニズムは、赤超巨星の核崩壊の力学と整合性を持つか？
• RQ5 観測されたフレイバルエネルギーは、バリオン主導のプロセスを仮定せずに自然に再現可能か？

主な発見

• 弱い力で相互作用する隠れたセクター粒子の対消失は、高バリオン含有量を必要とせず、ガンマ線バーストを駆動する実現可能なメカニズムを提供する。
• このモデルは、核崩壊超新星で観測されたエネルギー予算と一致する、相対論的フレイバルの全エネルギー的特性を自然に再現する。
• フレイバルからのエネルギー出力は、ニュートリノバーストが運ぶエネルギーと同等であると判明し、既知のエネルギー損失経路と整合的であることが示された。
• 粒子密度と相互作用率が高いため、ガンマ線源の直近の領域で、このメカニズムは効率的に機能する。
• 標準模型ヒッグスにのみ結合するゲージシングレットヒッグスの導入により、星の核収縮中に自然な生成経路が得られる。
• このモデルは、バリオンでない弱い力で相互作用する粒子を主なエネルギー源として用いることで、バリオン負荷問題を回避する。