[論文レビュー] On the nature of some SGRs and AXPs as rotation-powered neutron stars

Jaziel G. Coelho, D. L. Cáceres+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、代表的値の代わりに現実的な中性子星パラメータを用いることで、9つのソフトガンマ反復爆発源（SGRs）および異常X線パルサー（AXPs）が回転駆動の中性子星として説明可能であると提唱する。一般相対論的モデルを用いて質量、半径、慣性モーメント、回転エネルギー損失を計算した結果、これらの源ではソフトX線帯（2–10 keV）において $ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ が成り立つことが示され、回転駆動の性質を支持するが、3つの源におけるハードX線放射はこの解釈を複雑にする。

ABSTRACT

We investigate the possibility that some SGRs/AXPs could be canonical rotation-powered pulsars using realistic NS structure parameters instead of fiducial values. We show that realistic NS parameters lowers the estimated value of the magnetic field and radiation efficiency, $L_X/\dot{E}_{ m rot}$, with respect to estimates based on fiducial NS parameters. We show that nine SGRs/AXPs can be described as canonical pulsars driven by the NS rotational energy, for $L_X$ computed in the soft (2--10~keV) X-ray band. We compute the range of NS masses for which $L_X/\dot{E}_{ m rot}&lt;1$. We discuss the observed hard X-ray emission in three sources of the group of nine potentially rotation-powered NSs. This additional hard X-ray component dominates over the soft one leading to $L_X/\dot{E}_{ m rot}&gt;1$ in two of them. We show that 9 SGRs/AXPs can be rotation-powered NSs if we analyze their X-ray luminosity in the soft 2--10~keV band. Interestingly, four of them show radio emission and six have been associated with supernova remnants (including Swift J1834.9-0846 the first SGR observed with a surrounding wind nebula). These observations give additional support to our results of a natural explanation of these sources in terms of ordinary pulsars. Including the hard X-ray emission observed in three sources of the group of potential rotation-powered NSs, this number of sources with $L_X/\dot{E}_{ m rot}&lt;1$ becomes seven. It remains open to verification 1) the accuracy of the estimated distances and 2) the possible contribution of the associated supernova remnants to the hard X-ray emission.

研究の動機と目的

• 代表的値の代わりに現実的な中性子星パラメータを用いて、一部のSGRsおよびAXPsが回転駆動の中性子星として再評価できるかを検討すること。
• 軸対称中性子星の一般相対論的モデルを用いて、全範囲の回転エネルギー損失 $ \dot{E}_{\rm rot} $ を計算すること。
• 観測されたX線放射度 $ L_X $ が回転エネルギー損失によって説明可能かどうかを評価すること、すなわち $ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ かどうかを検証すること。
• ハードX線放射（20–150 keV）が一部の源における回転駆動解釈を挑戦する役割を果たすかを調査すること。
• 回転駆動モデルを支持する観測的証拠（例：電波放射、超新星残骸の関連）を探索すること。

提案手法

• 軸対称一般相対論的平衡方程式の数値的統合により、中性子星の質量、半径、慣性モーメント、角運動量を計算すること。
• 観測された $ P $ および $ \dot{P} $ を用いて $ \dot{E}_{\rm rot} = -4\pi^2 I \dot{P}/P^3 $ を計算し、現実的なNS構造から得た $ I $ を用いること。
• 一般相対論的回転磁気双極子モデルを用いて表面磁場を推定すること。
• 2–10 keV帯の $ L_X $ を $ \dot{E}_{\rm rot} $ と比較し、$ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ かどうかを判定することで、回転駆動の性質を評価すること。
• 3つの源におけるハードX線放射度（20–150 keV）を含め、$ L_X / \dot{E}_{\rm rot} $ の比に与える影響を評価すること。
• グルーブの発生に伴う回転エネルギー増加 $ \Delta E_{\rm rot} $ の下限を計算し、観測された爆発エネルギーと一致するかを検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 代表的値の代わりに現実的な中性子星パラメータを用いることで、SGRsおよびAXPsが回転駆動の中性子星として説明可能か？
• RQ2 回転エネルギーがX線放射を駆動できるとされる $ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ を満たす中性子星質量の範囲は何か？
• RQ3 ハードX線放射（20–150 keV）は、特定の源における $ L_X / \dot{E}_{\rm rot} $ の比にどのように影響するか？
• RQ4 観測された爆発のエネルギーは、グルーブ発生時の回転エネルギー増加で説明可能か？
• RQ5 電波放射や超新星残骸の関連など、回転駆動解釈を支持する観測的証拠は何か？

主な発見

• 9つのSGRsおよびAXPsは、ソフトX線帯（2–10 keV）における $ L_X $ を計算した結果、$ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ を満たし、回転駆動の中性子星としての分類を支持する。
• ハードX線放射（20–150 keV）を含めると、SGR 1900+14では $ L_X $ が最大5倍、SGR 1806–20では4倍に増加し、$ L_X / \dot{E}_{\rm rot} > 1 $ となるため、これらの2源については回転駆動解釈が挑戦を受ける。
• 回転駆動の可能性があるグループに属する3つの源（SGR J1745–2900、1E 1547.0–5408、SGR 0501+4516）のうち、ハードX線放射を含めた場合に $ L_X / \dot{E}_{\rm rot} < 1 $ を満たすのは1E 1547.0–5408 のみである。
• 9つの源の観測された爆発エネルギーは、グルーブ発生時の回転エネルギー増加で説明可能であり、物理的に妥当な $ |\Delta P|/P $ の値を下限として計算した。
• 9つの回転駆動候補のうち4つは電波放射を示しており、これは通常のパルサーの特徴であり、回転駆動モデルをさらに支持する。
• 9つの源のうち6つは超新星残骸に関連しており、中性子星の性質および回転駆動起源と整合的である。