[論文レビュー] A Large Scale Magneto-ionic Fluctuation in the Local Environment of Periodic Fast Radio Burst Source, FRB 20180916B

Ryan Mckinven, B. M. Gaensler+24 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2022

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、周期的フレッシュ・ラジオ・バースト（FRB）20180916Bのファラデー回転測定値（RM）に、9か月間で約50 rad m⁻²の大きな長期的増加が報告されている。一方、分散測定値（DM）はほぼ一定のままである。これは、源の磁化環境における磁場の整合的変化を示しており、超新星残骸やパulsar風ネビュラのような動的でイオン化された媒体と関連している可能性が高く、繰り返し発生するFRBが若年で磁化された恒星環境に存在するという仮説を支持する。

ABSTRACT

Fast radio burst (FRB) source 20180916B exhibits a 16.33-day periodicity in its burst activity. It is as of yet unclear what proposed mechanism produces the activity, but polarization information is a key diagnostic. Here, we report on the polarization properties of 44 bursts from FRB 20180916B detected between 2018 December and 2021 December by CHIME/FRB, the FRB project on the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. In contrast to previous observations, we find significant variations in the Faraday rotation measure (RM) of FRB 20180916B. Over the nine month period 2021 April$-$2021 December we observe an apparent secular increase in $ m{RM}$ of $\sim 50 \; m{rad\, m^{-2}}$ (a fractional change of over $40\%$) that is accompanied by a possible drift of the emitting band to lower frequencies. This interval displays very little variation in the dispersion measure ($Δ m{DM}\lesssim 0.8\; m{pc\, cm^{-3}}$) which indicates that the observed RM evolution is likely produced from coherent changes in the Faraday-active medium's magnetic field. Burst-to-burst RM variations appear unrelated to the activity cycle phase. The degree of linear polarization of our burst sample ($\gtrsim 80\%$) is consistent with the negligible depolarization expected for this source in the 400-800 MHz bandpass of CHIME. FRB 20180916B joins other repeating FRBs in displaying substantial RM variations between bursts. This is consistent with the notion that repeater progenitors may be associated with young stellar populations by their preferential occupation of dynamic magnetized environments commonly found in supernova remnants, pulsar wind nebulae or near high mass stellar companions.

研究の動機と目的

• 3年間にわたる期間にわたって44個のバーストを対象に、周期的FRB 20180916Bの偏光特性を調査し、その放射環境を理解すること。
• 観測されたRMの変動が、局所媒体内の磁場強度の変化か電子密度の変化に起因するかを特定すること。
• ファラデー回転と偏光の減衰が、FRB源周辺の物理的状態を制約する役割を評価すること。
• 観測されたRMの時間的変化が、16.33日周期の活動サイクルと相関するかを検証すること。

提案手法

• 2018年12月から2021年12月にかけてCHIME/FRBが400–800 MHz帯域で検出したFRB 20180916Bの44個のバーストを分析。
• 各バーストのファラデー回転測定値（RM）と分散測定値（DM）を測定し、視線方向の磁化プラズマにおける変化を追跡。
• RMとDMの時間的変化を比較し、磁場の変化と電子密度の変化に起因する変化を分離。
• 線形偏光度の評価により、偏光の減衰効果を評価し、放射メカニズムを制約。
• 統計的モデリングを用いて、RMの長期的傾向および放射周波数帯の潜在的ドリフトを検出。
• 16.33日周期の活動サイクルと照合し、偏光行動に位相依存性があるかを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FRB 20180916Bで観測されたRM変動は、局所環境内の磁場強度の変化か、電子密度の変化に起因するか？
• RQ2 RMの長期的増加は、源の16.33日周期の活動サイクルと相関しているか？
• RQ3 観測されたRMの時間的変化の原因は何か？ これはファラデー活性媒質における整合的変化を示唆するか？
• RQ4 高い線形偏光度（≥80%）は、源環境における偏光の減衰メカニズムをどのように制約するか？
• RQ5 RMとDMの傾向は、前身天体系の性質と若年星族との関連性について何を示唆するか？

主な発見

• FRB 20180916Bのファラデー回転測定値（RM）は、2021年4月から12月にかけて約50 rad m⁻²増加しており、これは40%を超える相対的変化に相当する。
• 分散測定値（DM）はほぼ一定であり、ΔDM ≤ 0.8 pc cm⁻³ に留まっているため、RMの変化は電子密度の変化によるものではない。
• 観測されたRMの時間的変化は、視線方向のファラデー活性媒質における磁場強度の整合的変化と整合的である。
• バーストごとのRM変動には、16.33日周期の活動サイクル位相との相関が認められず、RMの傾向がバースト活動サイクルによって変調されていないことが示唆される。
• 高い線形偏光度（≥80%）は、偏光の減衰が最小限であることを支持しており、相対的に安定で磁化された放射環境を示唆する。
• これらの結果は、FRB 20180916Bが超新星残骸やパulsar風ネビュラのような動的で磁化された環境に存在しており、若年星族に特徴的なものであると整合的である。