[論文レビュー] A Model for Non High Energy Gamma Ray Bursts and Sources of Ultra High Energy Cosmic Rays

Takashi Nakamura|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、非高エネルギー伽マ線バースト（NHE-GRBs）の前身天体として、炭素酸素星と中性子星／ブラックホールの二重星系を提案する。モデルは、超強磁場を有するミリ秒パルサー（SSM）が、側面から観測された際に超新星噴出物を通過してコヒーレントなガンマ線ビームを放出することでNHE-GRBsを生成するとする。このようなパルサーは、プロトンを超高エネルギーに加速でき、観測された超高エネルギー宇宙線（UHECR）のフラックスを説明できる。モデルは、UHECR到達方向に検出可能な超新星残骸が存在することを予測し、NHE-GRBsとソフトガンマ線ループラー（SGRs）を関連付ける。

ABSTRACT

As a progenitor of NHE (Non High Energy) GRBs, we propose a (C+O) star and a neutron star (black hole) close binary system. Since the (C+O) star is tidally locked, a new born pulsar should be a milli second pulsar (MSP). Dynamo will generate a superstrong magnetic field(SSM). The beam of the energy from the super strongly magnetized milli second pulsar can punch a hole in the supernova ejecta . Then the beam of gamma rays flows out of the ejecta. If we observe this beam from the lateral direction, it will be NHE-GRB. In this model the pulsar with the spin period about 1sec should exist in SN1998bw so that the searches for this pulsar in all the wave length are urgent. SSM-MSPs can accelerate protons up to Ultra High Energy. If a few percent of the beam energy of SSM-MSP in NHE-GRB event is in the form of UHECRs, the flux of the observed UHECRs can be explained. Then along the direction of each UHECR, a supernova remnant should be found. It is suggested that NHE-GRB is the progenitor of the soft gamma ray repeater which has also the superstrong magnetic field and is in the supernova remnant.

研究の動機と目的

• 通常のGRBsで観測される強い高エネルギー放射を示さない非高エネルギー伽マ線バースト（NHE-GRBs）の起源を説明すること。
• 観測されたフラックスと整合する超高エネルギー（UHECR）にまでプロトンを加速できる天体的源を同定すること。
• 軟らかくガンマ線ループラー（SGRs）と同様に超強磁場を有し、超新星残骸に存在するNHE-GRBsと関連付けること。
• UHECR到達方向に伴う観測可能なシグネチャー、例えば生存パルサーおよび関連超新星残骸を予測すること。

提案手法

• 潮汐ロックが生じる近接二重星系（炭素酸素星（C+O）と中性子星またはブラックホール）をモデル化し、ミリ秒パルサー（MSP）の形成を想定する。
• 新生MSP内のダイナモ機構を導入し、典型的に10^15 Gを超える超強磁場（SSM）を生成する。
• コヒーレントなガンマ線ビームが超新星噴出物を通過する過程をシミュレートし、側面から観測された場合にビームが脱出可能であると仮定する。
• ビームエネルギーの数パーセントが超高エネルギー宇宙線（UHECR）に変換可能であると仮定し、その割合を計算する。
• 観測されたUHECRフラックスを用いて、このようなNHE-GRBイベントの必要エネルギー出力および源密度を制約する。
• 各UHECR到達方向には超新星残骸が関連しており、前身パルサーはあらゆる波長で検出可能であると予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い高エネルギー放射を示さない非高エネルギー伽マ線バースト（NHE-GRBs）を生成できる天体的系は何か？
• RQ2 ミリ秒パルサーに存在する超強磁場が、超新星噴出物を通過するガンマ線ビームの脱出をどのように可能にするか？
• RQ3 このような系が観測された超高エネルギー宇宙線（UHECR）のフラックスを説明できるか？
• RQ4 このモデルにおいて、UHECRおよびNHE-GRBsと関連する観測可能なシグネチャーは何か？
• RQ5 NHE-GRBsは、同様の磁場を持つ軟らかくガンマ線ループラー（SGRs）とどのように関連しているか？

主な発見

• モデルは、潮汐ロックによりミリ秒パルサーが形成される(C+O)星–中性子星二重星系が、NHE-GRBsの妥当な前身天体であると特定する。
• 新生パルサー内でのダイナモ機構により、10^15 Gを超える超強磁場（SSM）が生成され、効率的なガンマ線ビームのコヒーレンスを可能にする。
• ガンマ線ビームは、側面から観測された場合に超新星噴出物を脱出でき、観測されたNHE-GRB信号を生成する。
• ビームエネルギーの数パーセントがUHECRに変換可能であれば、モデルは観測された超高エネルギー宇宙線のフラックスを再現できる。
• 各UHECR到達方向には超新星残骸が関連しており、将来的な観測による検証可能な予測を提供する。
• モデルは、NHE-GRBsが軟らかくガンマ線ループラー（SGRs）の前身天体であると示唆しており、SGRsもSSM-MSPを有し、超新星残骸に存在する。