[論文レビュー] On the Distance of SGR 1935+2154 Associated with FRB 200428 and Hosted in SNR G57.2+0.8

Shu-Qing Zhong, Zi-Gao Dai+2 more|arXiv (Cornell University)|May 22, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 24被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、磁星SGR 1935+2154とFRB 200428の関連を、SNR G57.2+0.8に起因するものと仮定し、銀河、磁星風ネビュラ、SNRからの分散測定（DM）寄与を組み合わせることで、距離を推定している。距離は $9.0 \pm 2.5$ kpc、SNR半径は10–18 pcであり、先行研究と整合的であり、局所的なファラデー回転測定（RM）は $\sim -110$ rad m$^{-2}$ と推定された。

ABSTRACT

Owing to the detection of an extremely bright fast radio burst (FRB) 200428 associated with a hard X-ray counterpart from the magnetar soft gamma-ray repeater (SGR) 1935+2154, the distance of SGR 1935+2154 potentially hosted in the supernova remnant (SNR) G57.2+0.8 can be revisited. Under the assumption that the SGR and the SNR are physically related, in this Letter, by investigating the dispersion measure (DM) of the FRB contributed by the foreground medium of our Galaxy and the local environments and combining with other observational constraints, we find that the distance of SGR 1935+2154 turns out to be $9.0\pm2.5\,$kpc and the SNR radius falls into $10$ to $18\,$pc since the local DM contribution is as low as $0-18\,$pc cm$^{-3}$. These results are basically consistent with the previous studies. In addition, an estimate for the Faraday rotation measure of the SGR and SNR is also carried out.

研究の動機と目的

• SNR G57.2+0.8との物理的関連を仮定し、分散測定（DM）制約を用いてSGR 1935+2154の距離を再評価すること。
• 観測データと整合するSNR半径と局所環境からのDM寄与の妥当性を評価すること。
• 偏光データと理論的モデルを用いて、SNR環境からのファラデー回転測定（RM）寄与を推定すること。
• 電波・X線・HI/CO測定からの矛盾する距離推定値を、多波長制約を用いて統合すること。

提案手法

• FRB 200428の観測DM（332.7 pc cm⁻³）を、銀河（DM_Gal）、磁星風ネビュラ（DM_MWN）、SNR（DM_SNR）からの寄与に分解する。
• YMW16銀河電子密度モデルを用いて、距離Dの関数としてDM_Galを計算する。
• 磁星の性質（B_p, P, μ_±）に基づくDM_MWNの理論的モデルと、一定密度ISMまたは風環境におけるSNR進化に基づくDM_SNRのモデルを採用する。
• エネルギー密度関係とSNR拡張モデルを用いて、爆発エネルギーと周囲密度を変化させながらSNR半径とDM_SNRを導出する。
• Piro & Gaensler（2018）の形式を用いて、ISMおよび風環境の両状況でRM_SNRを推定し、磁場エネルギー分率と爆発エネルギーとを関連付ける。
• 予測されたRM値を、SGR 1935+2154からの観測RM（+112.3 rad m⁻²）と、G57.2+0.8の前方RM（+223 ± 2 rad m⁻²）と比較し、局所的なRM寄与を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SGR 1935+2154がSNR G57.2+0.8と物理的関連があり、FRB 200428が磁星に起因する場合、距離はどの程度か？
• RQ2 銀河、磁星風ネビュラ、SNRからのDM寄与が、SGRの距離をどのように制約するか？
• RQ3 妥当なSNR進化モデルのもとで、期待されるSNR半径とDM_SNR寄与は何か？
• RQ4 観測されたRM値を踏まえた場合、局所的なSNR環境からのファラデー回転測定（RM）寄与は何か？
• RQ5 本研究の結果は、電波・X線・HI/CO測定からの過去の距離推定とどのように一致するか？

主な発見

• DM分解と観測制約を用いた結果、SGR 1935+2154の距離は $9.0 \pm 2.5$ kpcと推定された。
• SNR半径は $10$ から $18$ pcに制約され、SGRの年齢 $\sim 3.6$ kyrと物理的関連性と整合的である。
• 周囲密度と爆発エネルギーに応じて、SNRからのDM寄与は $0$ から $18$ pc cm⁻³と推定された。
• SNR環境からの局所的ファラデー回転測定（RM）寄与は $\sim -110$ rad m⁻²と推定され、これはISM状況下で爆発エネルギー $\sim (1-5) \times 10^{51}$ ergを示唆している。
• HI、CO、X線観測からの過去の距離推定と整合的であり、SGR 1935+2154とSNR G57.2+0.8との物理的関連を支持する。
• 風環境ではRM値が低くなる（$<8$ rad m⁻²）が、観測RMと一致するのはISM状況であり、SNRの環境が一定密度ISMであると好ましい。