[論文レビュー] An X-Ray Burst from a Magnetar Enlightening the Mechanism of Fast Radio Bursts

M. Tavani, C. Casentini+61 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 8被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、AGILE によって検出された X 線バーストが銀河系磁気中性子星 SGR 1935+2154 の明るい電波バーストと同時発生したと報告し、FRB–磁気中性子星の関連性とエネルギーについて制約を与える。

ABSTRACT

Fast radio bursts (FRBs) are short (millisecond) radio pulses originating from enigmatic sources at extragalactic distances so far lacking a detection in other energy bands. Magnetized neutron stars (magnetars) have been considered as the sources powering the FRBs, but the connection is controversial because of differing energetics and the lack of radio and X-ray detections with similar characteristics in the two classes. We report here the detection by the AGILE satellite on April 28, 2020 of an X-ray burst in coincidence with the very bright radio burst from the Galactic magnetar SGR 1935+2154. The burst detected by AGILE in the hard X-ray band (18-60 keV) lasts about 0.5 seconds, it is spectrally cutoff above 80 keV, and implies an isotropically emitted energy ~ $10^{40}$ erg. This event is remarkable in many ways: it shows for the first time that a magnetar can produce X-ray bursts in coincidence with FRB-like radio bursts; it also suggests that FRBs associated with magnetars may emit X-ray bursts of both magnetospheric and radio-pulse types that may be discovered in nearby sources. Guided by this detection, we discuss SGR 1935+2154 in the context of FRBs, and especially focus on the class of repeating-FRBs. Based on energetics, magnetars with fields B ~ $10^{15}$ G may power the majority of repeating-FRBs. Nearby repeating-FRBs offer a unique occasion to consolidate the FRB-magnetar connection, and we present new data on the X-ray monitoring of nearby FRBs. Our detection enlightens and constrains the physical process leading to FRBs: contrary to previous expectations, high-brightness temperature radio emission coexists with spectrally-cutoff X-ray radiation.

研究の動機と目的

• 協調的な X 線と電波バースト事象を提示して、磁気中性子星と FRB の関連性を動機づける。
• FRB モデルとの適合性を評価するため、X 線バーストの特性とエネルギーを定量化する。
• 約10^15 G の磁場を持つ磁気中性子星の役割と、反復 FRB への含意を議論する。

提案手法

• 18–60 keV帯のX線バーストの AGILE 衛星検出の報告と分析。
• バーストの持続時間（約0.5 s）とスペクトルカットオフが約80 keVを超えることの特徴付け。
• X線イベントの等方放射エネルギーの推定（約10^40 erg）。
• 磁気中性子星 SGR 1935+2154 からの FRB様電波放出と X 線バーストを結ぶ文脈的議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気中性子星は FRB様の電波バーストと同時発生する X 線バーストを生み出せるか、そして関与するエネルギーはどの程度か？
• RQ2 このような多波長検出は FRB の放出機構、特に近隣の反復 FRB に対して何を意味するのか。
• RQ3 約10^15 G の磁場を持つ磁気中性子星はエネルギー的に見て反復 FRB の大半を駆動できるのか。

主な発見

• 18–60 keV帯のX 線バーストは約0.5 s 続き、スペクトルカットオフは約80 keVを超える。
• X 線バーストの等方放出エネルギーは約10^40 erg。
• このイベントは、磁気中性子星が FRB様の電波バーストと同時に X 線バーストを生み出すことが初めて実証された。
• 検出は磁気中性子星–FRB の関連性を支持し、磁気中性子星と関連する FRB は、磁気圏成分とラジオ-pulse 型の両方の X 線バーストを放つ可能性を示唆する。
• 近傍の反復-FRB は FRB–磁気中性子星の結びつきを固める検証基盤を提供し、さらなる X 線モニタリングを促す。