[論文レビュー] Neutron starquakes and the dynamic crust

Anna L. Watts|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2011

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、磁気星における中性子星の地震を調査し、巨大フレアとX線光曲線で観測されたグローバルな地震振動（QPO）を関連付ける。磁気的応力によるクルストの破壊がねじれモードおよび磁気弾性モードを励起すると提案され、QPOはクルスト構造および高密度物質の性質に関する制約を与えるが、磁場の結合と超流動効果のため、モードの同定は依然として複雑である。

ABSTRACT

The most strongly magnetized neutron stars, the magnetars, have spectacular outbursts of gamma-ray flares powered by decay of the magnetic field. The rapidly changing field is strong enough that it should be able to stress and rupture the star's crust, with potentially interesting seismic consequences. This was confirmed in dramatic fashion a few years ago with the discovery of long-lived seismic vibrations excited by rare giant flares. The starquakes associated with the giant flares are, it seems, so catastrophic that they leave the whole star ringing. These discoveries have opened up the possibility of using asteroseismology to study the extreme conditions of the neutron star interior - the dense matter equation of state in crust and core, and the core magnetic field. This chapter reviews the main observational properties of the oscillations seen in the giant flares, and the state of the art in terms of theoretical models of global seismic vibrations in magnetars. I discuss efforts to extend oscillation searches to smaller magnetar bursts (which are more frequent but less energetic), and the role that crust rupturing might play in triggering magnetar flares and exciting global seismic oscillations.

研究の動機と目的

• 磁気星SGR 1806–20およびSGR 1900+14の巨大フレアで観測された準周期的振動（QPO）の物理的起源を理解すること。
• クルストの破壊と磁気的応力解放が巨大フレアを引き起こし、グローバルな地震モードを励起するメカニズムを調査すること。
• 中性子星クルストが磁場再配置を制御する障壁として果たす役割と、その破壊モードを決定づける要因を評価すること。
• QPOを用いた星震学的手法が、高密度物質の状態方程式および内部磁場を制約する可能性を評価すること。
• 強い磁場、超流動性、複雑なクルスト組成のため、モード同定に生じる不確実性を扱うこと。

提案手法

• RXTEおよびRHESSIの高時間分解能X線光曲線を分析し、巨大フレアの減衰尾部におけるQPOを検出する。
• パwerスペクトルへのローレンツ関数フィッティングを適用し、QPOの中心周波数、幅、振幅、持続時間を抽出する。
• 回転位相依存のパワースペクトルを用いて、QPOのコherー二ティおよびスピンサイクル全体での位相挙動を評価する。
• Poisson分布に従う偽の光曲線を用いたモンテカルロシミュレーションを実施し、QPO検出の統計的有意性を評価する。
• 強い磁場結合、クルストのせん断特性、磁気的回復力を取り入れた磁気星におけるグローバルな地震振動のモデル化を行う。
• クルストの破壊と磁気圏不安定性の両方を考慮した、フレア発生の代替的シナリオを評価し、弾性的・破壊的クルスト応答の両方を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気星の巨大フレアで観測された準周期的振動（QPO）の物理的起源は何か？
• RQ2 QPOの性質は、中性子星クルストの厚さおよび高密度物質の状態方程式にどのように制約を与えるか？
• RQ3 中性子星クルストが磁場再配置を遮断する障壁として機能する程度はどの程度で、その破壊モードを決定づける要因は何か？
• RQ4 強い磁場および超流動性は、グローバルな地震モードの励起と同定にどのように影響を与えるか？
• RQ5 磁気星では非破壊的磁気的応力伝達が可能か、またその関係はフレア活動およびクルストダイナミクスとどのように関係するか？

主な発見

• 2004年のSGR 1806–20の巨大フレアおよび1998年のSGR 1900+14のフレアでQPOが検出され、周波数は約18 Hzから約1837 Hzの範囲で、持続時間は最大260秒に達した。
• 2004年のSGR 1806–20のフレアでは、18、26、30、93、150、626、1837 HzのQPOが観測され、rmsで最大21%の振幅、1–4 Hzの幅を示し、一貫性があり長期間にわたる振動を示した。
• 1998年のSGR 1900+14のフレアでは、28、53、84 HzのQPOが観測され、84 Hzの信号は短い（約1秒）時間窓に集中しており、複雑な時間的挙動を示した。
• SGR 1806–20の約626 HzのQPOは周波数のドリフトと振幅の変化を示し、初期のRHESSIデータでは高いコherー二ティを示したが、後続のRXTEデータでは低いコherー二ティを示した。
• 特に[18]における一部のQPO検出の統計的有意性は疑わしい。これは、ノイズパワーを低く見積もっており、有意性を高めすぎている誤ったモンテカルロシミュレーションによるものである。
• クルストは磁場再配置を制御する重要な要因であり、その破壊ひずみは組成、結晶構造、および深部クルストにおけるパスタ相の存在に依存する。