[論文レビュー] Antiglitch Inconsistent With Magnetar Model of AXP

J. I. Katz|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 29被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、AXP 1E 2259+586で観測された反グルーチュ（突然の回転速度低下）が、通常の磁気星モデルが予測するスピンアップグルーチュのみを想定するのに対し、矛盾すると主張している。代わりに、著者らは反転した角運動量を持つ物質の降着または強化されたプロペラ効果が、スピンダウンと変動するスピンダウン率を引き起こすと提案している。これは、超新星からの降着物質の降着と整合し、観測されたX線放射度の増加と角運動量の移動を説明する。

ABSTRACT

The recently observed antiglitch of AXP 1E 2259+586 is inconsistent with magnetar models, but may be explained as the consequence of sudden accretion of retrograde matter or "propeller" interaction with surrounding matter. AXP/SGR are explained as single neutron stars accompanied by fallback matter from their natal supernovae. Their phenomenology may be partly accretional and partly the result of dissipation of magnetic energy.

研究の動機と目的

• AXP 1E 2259+586で観測された反グルーチュと磁気星モデルの予測との不一致を解消すること。
• 逆向きの角運動量を持つ物質の降着が、突然のスピンダウンとその後のスピンダウン率の増加を説明できるかどうかを調査すること。
• AXP/SGRのスピン進化とX線放射を説明するにあたり、降着モデルが磁気的エネルギー散逸モデルよりも妥当であるかを評価すること。
• AXPで観測された変動するスピンダウン率が、安定な磁気双極子スピンダウンではなく、時間的に変化する降着トルクによってよりよく説明できるかどうかを評価すること。

提案手法

• アーキバルドら（2013年）の観測データを用いて、AXP 1E 2259+586の反グルーチュ事象を分析し、スピンダウン率の変化とX線放射度の変化に注目する。
• 角運動量移動の式を適用して、降着された反転物質の質量とエネルギーを推定する：ΔE = |Δω|Ω_NS I_NS / ℓ。
• 特定の角運動量ℓ ≈ 4×10¹⁷ cm²/sおよび中性子星パラメータ（I_NS ≈ 10⁴⁵ g·cm²、Ω_NS ≈ 10²⁰ erg/g）を用いて、降着質量ΔM ≈ 10²¹ gおよびエネルギーΔE ≈ 10⁴¹ ergを計算する。
• 観測されたX線放射度の増加（1.5×10⁻¹¹ erg/cm²-s）を予測された降着輝度と比較し、モデルと整合することを確認する。
• 反グルーチュ後のスピンダウン率の増加が、平衡状態の緩和ではなく、強化されたプロペラ効果または時間的に変化する降着トルクの証拠であると評価する。
• 降着モデルをSGR 1900+14およびSGR 1806-20の巨大噴出に拡張し、角運動量の変化を降着期待値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜAXP 1E 2259+586における反グルーチュは、スピンアップグルーチュのみを予測する標準的な磁気星モデルと矛盾するのか？
• RQ2 観測されたスピンダウンとその後のスピンダウン率の増加は、反転物質の降着または一時的なプロペラ効果によって説明できるか？
• RQ3 反グルーチュに続く観測されたX線放射度の増加は、反転物質からの降着エネルギー放出と整合的か？
• RQ4 SGR 1900+14とSGR 1806-20の両方で、同じメカニズムによって駆動されているとしても、なぜ角運動量の変化が不一致を示すのか？
• RQ5 AXPにおける変動するスピンダウン率は、安定な磁気双極子スピンダウンではなく、時間的に変化する降着トルクに起因するとみなせるか？

主な発見

• AXP 1E 2259+586における反グルーチュ（Δω ≈ -3×10⁻⁷/s）は、単一の回転系において角運動量保存を破るため、磁気星モデルでは説明できない。
• 観測されたスピンダウンとその後のスピンダウン率の増加は、角運動量ℓ ≈ 4×10¹⁷ cm²/sの反転物質の降着によって最もよく説明され、降着質量ΔM ≈ 10²¹ gおよびエネルギーΔE ≈ 10⁴¹ ergを示唆する。
• 反グルーチュに続くX線放射度の増加（放射度～1.5×10⁻¹¹ erg/cm²-s）は、推定されたエネルギー放出からの予測された降着輝度と整合的である。
• 2012年末にスピンダウン率が反グルーチュ以前の水準に戻ったことは、降着イベントの一時的性質と長期的な結合状態の変化がないことを支持する。
• SGR 1900+14の巨大噴出（1998年8月、δω ≈ -1×10⁻⁴/s）は、約10⁴⁴ ergの巨大な降着による反グルーチュと整合的であるが、SGR 1806-20のはるかに大きな噴出では角運動量の変化が不一致を示し、異なるメカニズムを示唆する。
• AXPにおける変動するスピンダウン率は、安定な磁気双極子スピンダウンではなく、時間的に変化する降着トルクによってよりよく説明できる。これは、磁気双極子モーメントがスピンダウン率から推定可能であるという仮定に疑問を呈する。