[論文レビュー] Isolated Neutron Stars

V. M. Kaspi, M. S. Roberts+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、孤立した中性子星におけるX線放射メカニズムをレビューしており、主に回転駆動パルサー、若年中性子星からの熱放射、および風駆動ネビュラを対象としている。X線検出可能性の主要な予測要因は、$P$ と $\dot{P}$ から導かれる回転崩壊光度 ($\dot{E}$) であることが示された。RXTE、チャンドラ、XMM-Newtonによる感度向上のおかげで、66個の回転駆動パルサーがX線で検出された。

ABSTRACT

This is a review of X-ray emission from all types of isolated neutron stars, with an emphasis on rotation-powered pulsars. Topics include magnetospheric and thermal emission, as well as pulsar wind nebulae.

研究の動機と目的

• 孤立中性子星におけるX線放射の起源と検出可能性を、回転駆動型、熱放射型、ネビュラ型の成分に分けて分析すること。
• モデル依存性があるにもかかわらず、$P$ と $\dot{P}$ の物理的解釈を、回転崩壊光度 ($\dot{E}$)、磁場強度 ($B$)、特徴的年齢 ($\tau_c$) の観点から明確にすること。
• PSR B1259–63 や PSR B1957+20 といった連星系における相対論的ウィンドと衝撃構造がX線放射をどのように駆動するかを調査すること。
• $P$–$\dot{P}$ 図を用いて、距離、吸収、選択バイアスなどの観測バイアスがX線検出率に与える影響を評価すること。
• 孤立および連星中性子星系における磁気圏放射、ウィンド衝撃放射、およびバッシュショック放射メカニズムの寄与を評価すること。

提案手法

• $\dot{E} = 4\pi^2 I \dot{P}/P^3$ で与えられる回転崩壊光度 ($\dot{E}$) と推定された双極子磁場 ($B = 3.2 \times 10^{19} (P\dot{P})^{1/2}$ G) を用いた $P$–$\dot{P}$ 図による中性子星の分類。
• 測定された $P$ と $\dot{P}$ からモデルに依存しない $\dot{E}$ の推定値を用い、$I \sim 10^{45}$ g cm² を仮定してX線検出可能性を予測すること。
• RXTE、チャンドラ、XMM-NewtonからのX線光度曲線およびスペクトルの解析により、パルス状・非パルス状・ネビュラ的放射成分を同定すること。
• PSR B1259–63 におけるパルサー風と補助星風の相互作用から生じる衝撃放射を、シンクロtron放射および逆コンプトン散乱メカニズムを用いてモデル化すること。
• タイミングおよび位置情報の使用により、パルサーの伴星（例：PSR B1259–63 の SS 2883）を特定し、軌道パラメータと放射の幾何構造を制約すること。
• ミリ秒パルサー（例：PSR B1957+20）と若年パルサーのX線放射を比較することで、相対論的ウィンドの性質が普遍的かどうかを検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立中性子星において、回転崩壊光度 ($\dot{E}$) とX線検出可能性の関係は何か？
• RQ2 観測バイアスおよび源の距離が、$P$–$\dot{P}$ 図における観測されたX線検出率に与える影響は何か？
• RQ3 PSR B1259–63 などの連星系において、近日点および遠日点近傍で変動するX線放射を駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 PSR B1957+20 のようなミリ秒パルサーのX線放射は、どれくらいの割合で磁気圏放射と内部連星衝撃放射に起因しているとされるか？
• RQ5 ミリ秒パルサーに存在する相対論的ウィンドの存在を裏付ける証拠は何であり、若年パルサーのそれと比べてどう異なるか？

主な発見

• X線で検出された回転駆動パルサーの数は、1997年の27個から、この論文の時点では66個に増加した。これは、RXTE、チャンドラ、XMM-NewtonによるX線感度の向上のおかげである。
• X線検出は高い回転崩壊光度 ($\dot{E}$) と強く相関しているが、距離や吸収の影響により完全ではない。
• PSR B1259–63 では近日点近傍でX線光度が10倍以上に増加し、ピークで $\sim 10^{34}$ erg s⁻¹ に達した。また、光子指数は1.6から2.0に軟化した。
• PSR B1259–63 のX線放射は、パルサー風キャビティの内側衝撃面で加速された電子・陽電子対からのシンクロtron／逆コンプトン放射によって最もよく説明できる。
• チャンドラは、PSR B1957+20 において点源と拡張したX線尾を検出しており、尾はおそらくHαバッシュショックネビュラに関連しており、相対論的ウィンド活動の確認となった。
• PSR B1957+20 の点源放射の起源は未だ不明であり、XMM-Newtonの観測が計画されており、磁気圏放射と内部連星衝撃放射を区別する予定である。