激波与伽马射线暴中的高能能量分配

基于费米天文台的最新观测结果，分析了长伽马射线暴（GRB）发射中粒子间的能量统计分布。伽马暴监测器（GBM）记录的全天流量$F_{\gamma}$，尽管其能量范围更广，但并未显著大于爆发与瞬态探测器（BATSE）报告的流量，表明在3-30 MeV能量范围内的流量相对较小。假设文献中的恒星形成率，GBM记录的长GRB在$\gamma$射线中的当前能量注入率约为$\dot W(0)=0.5 F_{\gamma} H/c = 5 \times 10^{42}\ \rm{erg/Mpc^3 yr}$。大型望远镜（LAT）的注量（当被观测到时）约占总量的每十年5-10%，这与饱和非线性激波加速的预测高度一致。费米测量的长GRB高能成分仅包含产生能量高于4 EeV的超高能宇宙射线（UHECR）所需能量的约$10^{-2.5}$（假设后者为河外起源，并仔细考虑了各种数值因子，且宇宙射线源谱的谱指数为-2）。如果源谱比$E^{-2}$更软，则观测到的$\gamma$射线占所需UHECR能量的比例甚至更小。AMANDA II的限制排除了这种GRB作为UHECR起源的可能性，如果超过$10^{-2}$的宇宙射线能量转化为中微子，且这些中微子位于$\gamma$射线束内并与之同时出现。本文提出，位于$\gamma$射线束之外的“孤儿”中微子可能通过孤儿余辉或GRB的其他广角特征（而非与瞬时$\gamma$射线符合）来识别，并建议建立可行的单中微子触发标准以搜索此类符合事件。