[論文レビュー] Hyperflares of SGRs as an engine for millisecond extragalactic radio bursts

С. Б. Попов, К. А. Постнов|ArXiv.org|Oct 10, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 36

ひとこと要約

本稿では、Lorimerら（2007）が発見したようなミリ秒級の銀河間電波バースト（mERBs）が、銀河外のソフトガンマ線パルサー（SGRs）からのハイパーフレアによって駆動されていると提唱する。このメカニズムは、マグネタールの磁気圏における剥離モード不安定性による電波放射を含み、予測されるハイパーフレア率（約20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）が観測されたmERB率と一致しており、SGRsのハイパーフレアがmERBsの妥当な起源であることを支持する。

ABSTRACT

We propose that the strong millisecond extragalactic radio burst (mERB) discovered by Lorimer et al. (2007) may be related to a hyperflare from an extragalactic soft gamma-ray repeater. The expected rate of such hyperflares, $\sim$ 20 - 100 d$^{-1}$ Gpc$^{-3}$, is in good correspondence with the value estimated by Lorimer et al. The possible mechanism of radio emission can be related to the tearing mode instability in the magnetar magnetosphere as discussed by Lyutikov (2002), and can produce the radio flux corresponding to the observed $\sim$ 30 Jy from the mERB using a simple scaling of the burst energy.

研究の動機と目的

• Lorimerら（2007）が検出した謎めいたミリ秒級の銀河外電波バースト（mERB）の起源を説明すること。このバーストは高輝度温度を示し、他の波長帯で検出可能な対応物が存在しない。
• 観測されたmERBの発生率（約90 d⁻¹ Gpc⁻³）が、ソフトガンマ線パルサー（SGRs）からのハイパーフレアなどの天体的瞬時変動によって説明可能かどうかを調査すること。
• 特に磁気圏不安定性（例：剥離モード）を通じたSGRsハイパーフレアからの電波放射の物理的妥当性を評価し、観測された電波放射の強度を生成できるかを検討すること。
• 提案されたSGRsハイパーフレア起源と、宿主銀河やガンマ線対応物の非検出を、距離制限とビーミング効果を考慮して整合性を持たせること。

提案手法

• 近隣銀河およびバーヴォ・クラスタからの観測的制約を用いて、ミルキーウェイ型銀河1つあたり年間約0.001–0.003回の割合でSGRsハイパーフレアが発生すると仮定し、予想されるハイパーフレア発生率を推定する。
• 推定されたmERB発生率（約90 d⁻¹ Gpc⁻³）と予測されたSGRsハイパーフレア発生率を比較し、保守的な仮定のもとで良好な一致（約20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）が得られることを確認する。
• Lyutikov（2002）の電波放射モデルを適用し、既知のSGRsフレアのエネルギー出力をmERB観測にスケーリングする。このモデルは、マグネタール磁気圏における剥離モード不安定性と電波バーストを関連付ける。
• 回転エネルギー損失（Ė_rot ∝ μ²P⁻⁴）に基づくスケーリング則を用い、ミリ秒周期および強化された磁場を持つマグネタールが、必要な約10⁴⁰ ergの電波エネルギー放出を生成可能であると推定する。
• 大距離（例：約600 Mpc）におけるハイパーフレアの検出可能性を評価し、現在の機器ではBATSEやSWIFTのような機器が、約70 Mpcを超える距離では2004年12月27日SGR 1806–20フレアのような明るいイベントをガンマ線で検出できないことを示す。
• 星形成率が高い領域を対象とした電波モニタリングによるmERB検出の可能性を評価し、ブラインドサーベイに比べて、より高い星形成率を持つ銀河がより効果的な探索対象である可能性を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたmERB発生率（約90 d⁻¹ Gpc⁻³）は、銀河外のソフトガンマ線パルサーからのハイパーフレアによって説明可能か？
• RQ2 マグネタール磁気圏における剥離モード不安定性のようなSGRsハイパーフレアの電波放射メカニズムは、約5 msのバーストで観測された約30 Jyの電波放射を生成可能か？
• RQ3 その高いエネルギー出力にもかかわらず、mERBイベント中にガンマ線またはX線対応物が検出されなかったのはなぜか？
• RQ4 18 Bマグニチュードまで非検出であった宿主銀河の非検出は、SGRを有する遠方で明るさが低く、ほこりが多い星形成銀河からの起源と整合的か？
• RQ5 このようなイベントが非常にまれであることを踏まえ、mERBsがSGRsハイパーフレアに関連しているという仮説を最も効果的に検証する観測戦略は何か？

主な発見

• 予測されるSGRsハイパーフレア発生率（約20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）は、観測されたmERB発生率（約90 d⁻¹ Gpc⁻³）と良好に一致しており、因果関係があることを支持する。
• Lyutikov（2002）が提唱したマグネタール磁気圏における剥離モード不安定性による電波放射メカニズムは、約600 Mpcの距離から観測された約30 Jyの電波放射を自然に生成可能である。
• mERB発生時にガンマ線対応物が検出されなかったことは、源がBATSEやSWIFTのような機器がガンマ線で検出可能な距離（約70 Mpc）を超えていたことと整合的である。
• 18 Bマグニチュードまで非検出であった宿主銀河の非検出は、遠方で明るさが低く、ほこりが多い、あるいは不規則な星形成銀河である可能性を排除しない。
• モデルは、ミルキーウェイよりも星形成率が2桁高い銀河からは、年間数件の銀河外巨大フレアが電波で検出可能であると予測しており、ブラインドサーベイに比べてターゲット検索がより効率的であることを示唆する。
• RRATフレア中にX線やガンマ線バーストが検出されないことは、SGRsハイパーフレアのものとは異なる放射メカニズムである可能性を示しており、RRATとmERB源の明確な区別をさらに支持する。