[論文レビュー] The Magnetic Field of the Ultraluminous X-ray Pulsar M82 X-2

Dimitris M. Christodoulou, S. Laycock+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2014

Geophysics and Sensor Technology参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、M82 X-2 が特異な磁気星ではなく、1–10 TG の中程度の表面磁場を持つ標準的な中性子星であり、超高輝度X線放射が極端な物理現象によるのではなく、幾何的ビーミングによって説明できると主張している。標準的な降着モデルを用いて、観測された輝度がEddington限界に近い降着と回転速度の変化と整合することを示し、理論的限界との apparent な矛盾を解消している。

ABSTRACT

Pulsations were recently detected from the ultraluminous X-ray source X-2 in M82. The newly discovered pulsar has been described as a common neutron star with a 1 TG magnetic field that accretes above the Eddington rate and as a magnetar-like pulsar with a 100 TG magnetic field that is above the quantum limit. We show here that this X-ray source is not exotic in any sense. The standard equations of accretion along field lines predict that, for the measured spin period $P_S$ and spinup rate $\dot{P_S}$, the isotropic X-ray luminosity $L_X$ must be near the Eddington limit (i.e., $L_{X}\approx 3.5 imes 10^{38}$~erg~s$^{-1}$); and that the surface magnetic field $B$, that does not depend on $P_S$, must be modest (i.e., $B_*\approx 1-10$ TG). The observed higher luminosity can be explained by a moderate amount of geometric beaming that occurs in our direction. Other ultraluminous X-ray sources may also turn out to be common pulsars with similar physical characteristics, but since the emission must occur at a favorable angle to the observer, we expect that very few such pulsars will be discovered in the future.

研究の動機と目的

• M82 X-2 の高いX線輝度と中性子星降着に関する理論的限界との間にある apparent な矛盾を解消すること。
• このパulsar の性質が、磁気星に似た磁場を必要とするような特異な説明を要するのか、それとも標準的な中性子星物理学と整合するのかを特定すること。
• 幾何的ビーミングが、超Eddington降着や超強磁場を仮定しなくても観測された輝度を説明できるかどうかを評価すること。
• 他の超高輝度X線源も、有利な視線角から観測された一般的なパルサーである可能性を評価すること。

提案手法

• 磁場に沿った標準的な降着理論を適用し、回転周期と回転加速率の変化をモデル化すること。
• 回転周期 $P_S$ と回転加速率 $ abla P_S$ を用いて、標準的な降着方程式により等方的X線輝度 $L_X$ を推定すること。
• 輝度とは独立に、回転周期と回転加速率から表面磁場 $B_*$ を計算すること。
• 視線方向に沿った輝度増幅を説明するため、幾何的ビーミング効果を組み込むこと。
• 予測された $L_X$ と $B_*$ を観測値と比較し、標準的な中性子星モデルとの整合性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M82 X-2 の観測されたX線輝度は、中性子星における標準的な降着理論と整合するか？
• RQ2 その回転進化に基づいて、M82 X-2 の表面磁場強度はどの程度と推定されるか？
• RQ3 超高輝度放射は、超強磁場や超Eddington降着を仮定せず、幾何的ビーミングによって説明できるか？
• RQ4 他の超高輝度X線源も、有利な角度から観測された一般的なパルサーである可能性は高いか？

主な発見

• M82 X-2 の等方的X線輝度 $L_X$ はEddington限界と整合しており、約 $3.5 \times 10^{38}$ erg s$^{-1}$ である。
• 表面磁場 $B_*$ は $1-10$ TG と推定され、磁気星ではなく標準的な中性子星であることを示している。
• 観測された輝度は、視線方向に沿った幾何的ビーミングによって、等方的Eddington限界を上回っている。
• パルサーの回転周期と回転加速率は、すべて標準的な降着モデルと整合しており、特異な物理現象は必要としない。
• 高輝度は超Eddington降着や超強磁場によるものではなく、有利な観測幾何形状によるものである。