[論文レビュー] Fall-back crust around a quark-nova compact remnant II: The degenerate torus case with applications to AXPs

Rachid Ouyed, D. A. Leahy+1 more|ArXiv.org|Nov 3, 2006

High-pressure geophysics and materials被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、クォーク超新星の噴出物から形成される縮重的で金属豊富なトーラスが、異常Xパulsar（AXPs）、特に1E2259+586および4U0142+615の主要な観測的特徴を説明できることを提案する。このトーラスは磁場圧力と角運動量によって維持され、ゆっくりとした降着と磁場の浸透によるX線バーストを示す。これにより、静止状態の輝度、ブラックボディ温度、バースト光曲線の減衰プロファイル、そして回転減速のグルーブが再現される。モデルではトーラス質量を約10⁻⁶ M☉と推定し、4U0142+615の光学的／赤外線放射がこの薄い縮重トーラス由来である可能性を示唆する。

ABSTRACT

In the first paper of this series we explored the case where a quark-nova ejecta forms a degenerate shell, supported by the star's magnetic field. Herein, we consider the case where the ejecta has sufficient angular momentum to form a Keplerian torus, and we show that the density and temperature of the torus are such that it will remain degenerate throughout it's lifetime. We go on to discuss the evolution of such a torus and apply it to two AXPs, namely 1E2259$+$586 and 4U0142$+$615. As it turns out, using our model we can account for many of the observations of these objects including the quiescent phase luminosity, and blackbody temperatures during quiescence and bursting phases. Furthermore, for 1E2259$+$586 our model explains the steep and slow decay components seen in the burst lightcurve, as well as the rotation period glitches and enhanced spin-down rate. We also estimate the mass of the degenerate torus to be of the order of $10^{-6}M_{\odot}$, and speculate that the observed optical/infrared emission from 4U0142$+$615 might be a signature of the thin degenerate torus we describe here.

研究の動機と目的

• 角運動量が殻の形成を防ぐ場合、クォーク星の噴出物から形成される縮重トーラスの形成と進化を調査すること。
• 磁場で閉じ込められたトーラスからの降着を通じて、AXPsの静止状態およびバーストX線挙動、特に1E2259+586および4U0142+615を説明すること。
• トーラスの破壊と相対運動を介して、観測されたバースト光曲線の減衰成分、回転減速率の増加、およびグルーブを説明すること。
• トーラスの質量と熱的進化を推定し、バーテックス排出と比較してその観測放射への寄与を評価すること。

提案手法

• 角運動量保存を用いて、クォーク星の磁場圧力が噴出物の重力と釣り合う磁場平衡半径でトーラスの形成をモデル化する。
• 磁場半径がコローション半径を上回る場合、プロペラ機構を適用して噴出物を薄く、赤道に沿ったトーラスに deflect する。
• エネルギー収支を用いて熱的進化をモデル化：降着輝度がトーラスを加熱し、側面からのブラックボディ冷却が支配的となる。
• 熱的速度と密度プロファイルを用いて、非縮重大気の蒸発から降着率を導出する。
• 時間に依存する温度進化を組み込んだ比熱方程式を解く。縮重物質のフェルミエネルギーと比熱を含む。
• 質量、半径、温度に依存する次元なしスケーリングを用いて、平衡温度と熱的進化の timescale を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーク超新星の噴出物から形成される縮重トーラスは、AXPsで観測された静止状態のX線輝度とブラックボディ温度を再現できるか？
• RQ2 異なる回転を示すトーラスの内縁部への磁場の浸透は、どのようにX線バースト挙動を引き起こすか？
• RQ3 1E2259+586のバースト光曲線に観測される、ゆっくりで急激な減衰成分は、このモデルで説明できるか？
• RQ4 1E2259+586のようなAXPsで観測される回転減速率の増加とグルーブは、この枠組みの中で何によって引き起こされるか？
• RQ5 4U0142+615の光学的／赤外線放射は、薄い縮重トーラスからの放射と整合するか？

主な発見

• 縮重トーラスは約1/Aの timescale 以内に熱的平衡に達し、平衡温度は約0.52 keVに達する。これは降着効率、磁場、トーラス質量に依存する。
• トーラスの大気からの降着を通じて、1E2259+586および4U0142+615の静止状態の輝度とブラックボディ温度が再現される。
• 1E2259+586のバースト光曲線に観測されるゆっくりで急激な減衰は、X線照射下での高金属量トーラス内のイオン化度の変化によって説明できる。
• 回転減速率の増加とグルーブは、せん断力によって引き起こされるトーラスの相対運動と破壊に起因するとされる。
• トーラス質量は約10⁻⁶ M☉と推定され、観測的制約とトーラスの安定性と整合的である。
• モデルは、最も古いAXPsではトーラスからの放射が磁場バーテックス排出による放射を上回る可能性があると示唆しており、4U0142+615の光学的／赤外線放射の説明に役立つ可能性がある。