[論文レビュー] Magnetic Field Decay and Period Evolution of Anomalous X-Ray Pulsars in the Context of Quark Stars

Brian Niebergal, Rachid Ouyed+1 more|CERN Bulletin|Mar 27, 2006

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、異常X線パulsar (AXPs) およびソフトガンマ線反復爆発源 (SGRs) が、磁場がビレット放出を通じて崩壊するカラフル・フラバー・ロックド (CFL) クォーク星であると提唱する。この過程により、5×10⁵–5×10⁷年間にわたり周期と磁場強度が2倍以内に保たれる。このモデルは、高密度性に起因する周期クラスタリングを説明し、磁場の崩壊が回転減速率を低下させ、RQINSの観測とP–Ṗ図上での整合性をとる。

ABSTRACT

We discuss a model wherein soft gamma-ray repeaters (SGRs), anomalous X-ray pulsars (AXPs), and radio quiet isolated neutron stars (RQINSs) are all compact objects exhibiting superconductivity, namely color-flavor locked quark stars. In particular we calculate the magnetic field decay due to the expulsion of spin-induced vortices from the star's superfluid-superconducting interior, and the resultant spin-down rate. We find that, for initial parameters characteristic of AXPs/SGRs ($10^{13}<b></b>

研究の動機と目的

• AXPsおよびSGRsの長期的磁場および周期進化をクォーク星フレームワーク内で説明すること。
• 密度性と磁場崩壊を通じて、電波非放射性孤立中性子星 (RQINSs) における観測された周期クラスタリングを説明すること。
• 初期AXP/SGRパラメータ (B ~ 10¹³–10¹⁴ G, P ~ 3–12 s) を有するクォーク星が、5×10⁵–5×10⁷年間のスケールで安定した周期と磁場を維持することを示すこと。
• RQINSsに電波パulsationが観測されない理由を、クォーク星モデルにおける磁場の整列と崩壊によって自然に説明できることを示すこと。
• RQINSsの観測されたP–Ṗ図挙動を、ビレット媒介磁場崩壊を経るクォーク星の進化軌道と関連付けること。

提案手法

• クォーク星を、磁場が回転に起因するビレットに閉じ込められ、スピン軸に整列した超伝導的・超流動的CFL相としてモデル化する。
• マクスウェル効果を適用し、星が回転減速するに従い、コアから磁場が排出されることを模擬し、ビレット再結合による磁場崩壊を導出する。
• 双極子磁場減速とビレット排出を用いて、周期進化と磁場崩壊率を導出し、式3が周期微分をモデル化する主要方程式であることを示す。
• M = 1 M⊙、R = 10 km、初期P = 5 sのクォーク星に対して、初期B場を変化させた場合のP–Ṗ図上での進化軌道をシミュレートする。
• 密度性の役割を評価するため、異なる星の半径における周期進化を比較し、高密度性を持つ星のみが10⁶年間のスケールで周期クラスタリングを維持できることを示す。
• モデル予測を観測されたRQINSデータ（ẆPの上限と推定磁場強度）と比較し、クォーク星進化と整合することを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AXPs/SGRsの磁場崩壊と周期進化は、CFLクォーク星におけるビレット排出によって説明可能か？
• RQ2 なぜRQINSsは周期クラスタリングを示すのか？これはクォーク星の密度性と磁場崩壊によって説明可能か？
• RQ3 RQINSsの観測されたP–Ṗパラメータは、AXP/SGRの初期条件を持つクォーク星の進化軌道とどのように関連するか？
• RQ4 密度性は10⁶年間のスケールで周期クラスタリングを維持するために果たす役割は何か？
• RQ5 なぜRQINSsには電波パulsationが観測されないのか？これはクォーク星モデルにおける磁場の整列と崩壊によって説明可能か？

主な発見

• 初期磁場が10¹³–10¹⁴ G、初期周期が3–12 sのAXPs/SGRsは、クォーク星モデルにおいて5×10⁵–5×10⁷年間、磁場と周期が2倍以内に維持される。
• ビレット排出による磁場崩壊は、回転減速率を低下させ、長期間にわたり周期クラスタリングを維持する。
• 周期クラスタリングを10⁶年間維持できるのは、高密度性を持つクォーク星（R = 10 km）に限られ、これは密度性が高いほどビレットあたりの磁場エネルギー密度が増加し、磁場排出効率が向上するためである。
• 観測されたRQINS源RXJ0720.4-3125は、初期磁場が約10¹⁴ Gの5×10⁵年経過したクォーク星と整合しており、観測されたP = 8.391 sおよびẆP ~ 1.5×10⁻¹³ s⁻¹と一致する。
• Ponsら（2005年）によるẆPの上限が得られた2つのRQINSsは、クォーク星モデルと整合しており、初期磁場強度が≤10¹⁵ Gであり、最小年齢が約10⁴年であると示唆される。
• P–Ṗ図において、クォーク星の進化軌道は、RQINSsの観測パラメータを自然に再現しており、このモデルがそれらの起源を説明する有効な説明であることを支持する。