[論文レビュー] A different nature between the radio AXPs in comparison to the others SGRs/AXPs

Jaziel G. Coelho, M. Malheiro|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、電波強度が強いAXP（異常X線パulsar）が、高Bパルサーと同程度の磁場を持つ回転駆動型中性子星であると提案している。他のSGR/AXPとは本質的に異なり、それらはおそらく磁化された白色矮星であると考えられる。電波AXPではX線放射度と回転エネルギー損失の間で線形な対数対数関係が成立しており、これは中性子星の性質を支持する。一方、非電波SGR/AXPではX線放射度が回転減速パワーとは独立してほぼ一定であり、異なる起源を示唆している。

ABSTRACT

SGRs/AXPs are considered a subclass of pulsars powered by magnetic energy and not by rotation, as normal radio pulsars. They are understood as strongly magnetized neutron star, with large periods of rotation $P\sim(2-12)$ s, and large spin-down, with typical $\dot{P}\sim(10^{-13}-10^{-10})$ s/s in contrast to $\dot{P}\sim10^{-15}$ s for ordinary pulsars. Their persistent X-ray luminosity, as well as the bursts and flares typical of these sources, are instead believed to be powered by the decay of their ultrastrong magnetic field. SGRs/AXPs typically have a larger X-ray luminosity that can not be explained by their spin-down luminosity ($L_X>\dot{E}_{ m rot}$), unlike rotation-powered pulsars. However, the recent discovery of radio-pulsed emission in four of this class of sources, where the spin-down rotational energy lost $\dot{E}_{ m rot}$ is larger than the X-ray luminosity $L_X$ during the quiescent state - as in normal pulsars - opens the question of the nature of these radio sources in comparison to the others of this class. In this contribution, we show that the radio SGRs/AXPs obey a linear log-log relation between $L_X$ and $\dot{E}_{ m rot}$, very similar to the one satisfied by X-ray and gamma-ray neutron star pulsars, suggesting their neutron star nature. Furthermore, we show that almost all the high-B pulsars are also near the line found for the radio AXPs. In contrast, for almost all the others SGRs/AXPs, $\log L_X$ does not vary too much as function of $\log \dot{E}_{ m rot}$, a phenomenology not shared by X-ray neutron star pulsars, suggesting a different nature for these sources.

研究の動機と目的

• 電波強度が強いAXPと他のSGR/AXPの本質的性質の違いを解明すること。
• 電波AXPにおけるX線放射度が、通常のパルサーと同様に回転エネルギー損失によって駆動されているかどうかを特定すること。
• 非電波SGR/AXPが磁気星ではなく、回転減速とは無関係に持続的なX線放射を行う磁化白色矮星であるという仮説を検証すること。
• 電波活動と回転減速特性に基づいて、SGR/AXPにおけるX線放射度の物理的起源を明確にすること。

提案手法

• 著者らは観測データからSGR/AXPのX線放射度（$L_X$）と回転エネルギー損失（$\dot{E}_{\rm rot}$）を分析した。
• 電波強度が強いAXPについて、$L_X$ 対 $\dot{E}_{\rm rot}$ の対数対数線形フィットを適用し、$\log L_X = \log(6.2265 \times 10^7) + 0.7239 \log \dot{E}_{\rm rot}$ を得た。これは中性子星パルサーと整合的である。
• この関係を磁気星の基本平面および既知の高Bパルサーと比較し、電波AXPが回転駆動型中性子星と一致することを示した。
• これに対して、非電波SGR/AXPは$\dot{E}_{\rm rot}$が変化しても$L_X$がほぼ一定であることが示され、異なるエネルギー源を示唆した。
• 両グループのX線効率$\eta_X = L_X / \dot{E}_{\rm rot}$を評価したところ、電波AXPでは$10^{-2} - 10^{-1}$であり、中性子星モデルと整合的であるが、白色矮星では低すぎる値であった。
• 磁気星の基本平面および観測的制約を用いて、非電波SGR/AXPは磁気双極モーメントが$10^{34} - 10^{36}$ emuの磁化白色矮星としてより適切に説明されると主張した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波強度が強いAXPは、通常の中性子星パルサーと同様にX線放射度–回転減速パワーの関係に従うか？
• RQ2 非電波SGR/AXPは、回転エネルギー損失が変化してもなぜほぼ一定のX線放射度を示すのか？
• RQ3 電波AXPのX線放射は、通常のパルサーと同様に回転エネルギーによって駆動されているのか、それとも磁気エネルギーの崩壊によって駆動されているのか？
• RQ4 電波AXPの観測されたX線効率は中性子星モデルで説明可能か？それとも別の密な天体を必要とするか？
• RQ5 非電波SGR/AXPは、中性子星ではなく磁化白色矮星であるという異なる物理的起源を持つのか？

主な発見

• 電波強度が強いAXPは、X線放射度と回転エネルギー損失の間で線形な対数対数関係に従う：$\log L_X = \log(6.2265 \times 10^7) + 0.7239 \log \dot{E}_{\rm rot}$。これは回転駆動型中性子星と整合的である。
• 電波AXPのX線効率$\eta_X = L_X / \dot{E}_{\rm rot}$は$10^{-2} - 10^{-1}$であり、通常のパルサーと比較してはやや高いが、中性子星モデルと整合的である。
• 非電波SGR/AXPは広い範囲の$\dot{E}_{\rm rot}$にわたりほぼ一定のX線放射度を示し、回転エネルギーとは異なるエネルギー源を示唆している。
• 非電波SGR/AXPの観測されたX線放射度は、磁気双極モーメントが$10^{34} - 10^{36}$ emuの磁化白色矮星モデルでより適切に説明できる。
• 電波AXPは、X線放射が磁気エネルギーの崩壊によって駆動されているという伝統的な磁気星の定義とは異なり、回転エネルギーによって駆動されているため、従来の意味での磁気星ではない。
• 電波AXPと高Bパルサーが$ L_X $–$ \dot{E}_{\rm rot} $ 平面上で一致することは、それらが回転駆動型中性子星として分類されることを支持する。