[論文レビュー] Do SGRs/AXPs and radio AXPs have the same nature?

Jaziel G. Coelho, M. Malheiro|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、軟性ガンマ反復源／異常X線パulsar（SGRs/AXPs）と電波強度の高いAXPsが同じ物理的起源を持つのかを調査している。非電波SGRs/AXPsとは対照的に、電波AXPsはX線放射率（L_X）と回転エネルギー損失率（Ė_rot）の間で線形な対数対数相関関係を示す。これは通常のネイティブ星パルサーと同様であり、電波AXPsは回転駆動型の中性子星であると考えられ、他の源は磁化された白色矮星である可能性があることを示唆している。

ABSTRACT

SGRs/AXPs are assumed to be a class of neutron stars (NS) powered by magnetic energy and not by rotation, as normal radio 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 AXPs in comparison to the others of this class. In this work, we show that the radio AXPs obey a linear log-log relation between $L_X$ and $\dot{E}_{ m rot}$, very similar to the one of normal X-ray pulsars, a correlation not seen for the others SGRs/AXPs. This result suggests a different nature between the radio AXPs comparing to the others SGRs/AXPs.

研究の動機と目的

• 電波強度の高いAXPsと非電波SGRs/AXPsが同じ物理的性質を持つかどうかを特定すること。
• SGRs/AXPsにおけるX線放射率の起源を調査し、特にそれが回転エネルギー損失由来か、磁気エネルギー散逸由来かを明らかにすること。
• 観測されたL_X–Ė_rot相関が、これらの源に中性子星パルサーまたは白色矮星パルサーのモデルを支持するかを検証すること。
• X線効率η_X = L_X / Ė_rotが、既知のパルサー行動と整合しているか、あるいは代替モデルを必要とするかを評価すること。
• 磁場強度とスピンダウンパワーが、中性子星と白色矮星解釈を区別する上で果たす役割を明確にすること。

提案手法

• 電波AXPsと非電波SGRs/AXPsについて、X線放射率（L_X）と回転エネルギー損失率（Ė_rot）の対数対数相関関係を分析すること。
• 既存のデータを用いて、電波AXPsの観測されたL_X–Ė_rot関係を、既知のX線・ガンマ線中性子星パルサーの関係と比較すること。
• 電波AXPsのデータに、べき乗則関係式：log L_X = log(5.9×10⁴) + 0.814 log Ė_rot をフィットさせ、相関関係を定量的に評価すること。
• 電波および非電波SGRs/AXPsの両者について、X線効率η_X = L_X / Ė_rot を評価し、エネルギー源の優位性を検討すること。
• 磁気双極子モーメントの推定値（電波AXPsではm ~ 10³² emu、非電波源では最大10³⁶ emu）を用いて、中性子星対白色矮星モデルを支持すること。
• 現象的挙動の対比：非電波SGRs/AXPsでは、弱いĖ_rot依存性を示す安定した高L_Xである一方、電波AXPsでは強いL_X–Ė_rot相関を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波AXPsは、通常の中性子星パルサーと同様のL_X–Ė_rot相関を示すか？
• RQ2 X線効率η_X = L_X / Ė_rot は、電波AXPsにおける回転エネルギー駆動を支持するか？
• RQ3 なぜ非電波SGRs/AXPsは、変動するĖ_rotに対してもほぼ一定のL_Xを示すのか？電波AXPsとはなぜ異なるのか？
• RQ4 非電波SGRs/AXPsの高いX線放射率は、回転エネルギー損失によって説明可能か、それとも磁気エネルギー散逸を必要とするか？
• RQ5 電波AXPsの観測された性質は、白色矮星パルサーモデルよりも中性子星起源を支持するか？

主な発見

• 電波AXPsは、X線放射率（L_X）と回転エネルギー損失率（Ė_rot）の間で、線形な対数対数相関関係を示し、関係式は log L_X = log(5.9×10⁴) + 0.814 log Ė_rot である。
• この相関関係は、通常の中性子星パルサーで観測されたものと非常に類似しており、電波AXPsの回転駆動型中性子星起源を支持する。
• 非電波SGRs/AXPsでは、L_XとĖ_rotの間に有意な相関関係が認められないため、異なるエネルギー源メカニズムを示唆している。
• 電波AXPsのX線効率η_X ≈ 0.1–0.2 は、中性子星パルサーと整合しており、磁気エネルギー駆動のマグネターとは異なる。
• 電波AXPsにおける高い磁気双極子モーメント（m ~ 10³² emu）は、それらが白色矮星ではなく中性子星であるという同定を支持する。
• 非電波SGRs/AXPsの安定的で高いX線放射率（Ė_rotに依存しない）は、磁気エネルギー散逸によるものであり、m ~ 10³⁴–10³⁶ emu の巨大白色矮星で説明されるのが適切である。