[論文レビュー] Central compact objects, superslow X-ray pulsars, gamma-ray bursts: do they have anything to do with magnetars?

Hao Tong, W. Wang|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、磁気圏星（magnetar）という用語が、中心的コンpakクトオブジェクト（CCOs）、超スローモードX線パulsar、そしてガンマ線バーストの中心エンジンを含む、いくつかの中性子星系に誤って適用されていると主張している。これらの対象は、磁気的エネルギー駆動の活動を示さないため、磁気圏星の定義である磁気的エネルギーによって駆動される活動とは一致しない。表面の双極子磁場が強くても、その放射エネルギーは磁気的エネルギーではなく、回転エネルギーまたは降着エネルギーによって供給されているためである。

ABSTRACT

Magnetars and many of the magnetar-related objects are summarized together and discussed. It is shown that there is an abuse of language in the use of "magnetar". Anomalous X-ray pulsars and soft gamma-ray repeaters are well-known magnetar candidates. The current so called anti-magnetar (for central compact objects), accreting magnetar (for superslow X-ray pulsars in high mass X-ray binaries), and millisecond magnetar (for the central engine of some gamma-ray bursts), they may not be real magnetars in present understandings. Their observational behaviors are not caused by the magnetic energy. Many of them are just neutron stars with strong surface dipole field. A neutron star plus strong dipole field is not a magnetar. The characteristic parameters of the neutron stars for the central engine of some gamma-ray bursts are atypical from the neutron stars in the Galaxy. Possible signature of magnetic activities in accreting systems are discussed, including repeated bursts and a hard X-ray tail. China's future hard X-ray modulation telescope may contribute to finding some magnetic activities in accreting neutron star systems.

研究の動機と目的

• 磁気的エネルギー駆動の活動を示さない中性子星に対して広く使われている『磁気圏星』という用語の使用を挑戦すること。
• 表面双極子磁場が強い中性子星と、磁気的活動を特徴とする真の磁気圏星との間の明確な区別を明確にすること。
• 中心的コンパクトオブジェクト（CCOs）、超スローモードX線パulsar、ガンマ線バースト中心エンジンの分類を、『反磁気圏星』『降着磁気圏星』『ミリ秒磁気圏星』として再評価すること。
• これらの対象は、磁気的エネルギーではなく、回転エネルギーまたは降着エネルギーによって駆動されているため、より適切に『高磁場中性子星』とみなすべきであると主張すること。
• 将来的な観測、特に中国のハードX線モードレーション望遠鏡を用いた観測が、降着系における磁気的活動の痕跡を検出できる可能性を提起すること。

提案手法

• 真の磁気圏星の行動を基準とするために、既知の磁気圏星候補（AXPsおよびSGRs）の観測的性質を分析する。
• AXPs/SGRsとCCOs、超スローモードパulsar、GRB中心エンジンとの間で、タイミング、スペクトル、変動特性を比較する。
• 周期と周期変化率の図とスペクトルモデリングを用いて、磁気的エネルギーと回転エネルギーまたは降着エネルギーのどちらが放射を駆動しているかを評価する。
• ガンマ線バーストモデルに必要な磁場強度と初期回転周期を評価し、通常の銀河系中性子星のパラメータとは整合しないことを示す。
• 繰り返し発生するX線バーストやハードX線テイルが、降着系における磁気的活動の決定的証拠となる可能性を提唱する。
• X線、電波、ガンマ線観測の既存データを用いて、非磁気的活動を示す高磁場中性子星と真の磁気圏星を対比する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 真の磁気圏星と表面双極子磁場が強いが磁気的活動を示さない中性子星の違いは何ですか？
• RQ2 表面クリスタル磁場が高値と推定される中心的コンパクトオブジェクト（CCOs）は、なぜ磁気圏星とは見なされないのですか？
• RQ3 高質量X線連星系に存在する超スローモードX線パulsarは、現在の観測に基づいて『降着磁気圏星』と分類できるでしょうか？
• RQ4 ガンマ線バーストにおけるミリ秒磁気圏星モデルに必要なパラメータは、既知の銀河系中性子星集団と整合していますか？
• RQ5 降着中性子星系における磁気的活動を確認する観測的痕跡は何か？

主な発見

• 異常X線パルサー（AXPs）とソフトガンマ線反復発生源（SGRs）は、磁気的エネルギーによって駆動され、強い変動を示すため、唯一の確認済み磁気圏星候補である。
• 中心的コンパクトオブジェクト（CCOs）は『反磁気圏星』ではない。磁気的活動を示さず、高表面双極子磁場を持つ孤立中性子星としてより適切に記述されるべきである。
• 超スローモードX線パルサーは、磁気的エネルギーではなく降着エネルギーによって駆動されていると考えられ、したがって『降着磁気圏星』と呼ぶべきではない。
• 一部のガンマ線バーストの中心エンジンは、通常の銀河系中性子星とは異なる特異なパラメータを必要としている。具体的には初期回転周期59 ms、表面双極子磁場10^17 Gが想定される。
• 強い表面双極子磁場（例：約10^14 G）を持つ中性子星は、必ずしも磁気圏星とは限らない。それは回転エネルギーによって駆動される高磁場パルサーである可能性がある。
• 中国の将来的なハードX線モードレーション望遠鏡は、降着系においてハードX線テイルや繰り返しバーストを検出でき、磁気的活動の証拠を提供する可能性がある。