[論文レビュー] Thirteenth Marcel Grossmann Meeting, Summary of the session, White Dwarf Pulsars and Rotating White Dwarf Theory

Y. Terada|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、回転する磁場を持つ白色矮星、すなわち「白色矮星パルサー」が、中性子星パルサーと同様に、その回転磁気圏内での粒子加速によって、はるかに大きな銀河宇宙線源となり得ると提案している。主な証拠は、アーリアス座のAE（AE Aquarii）におけるX線およびガンマ線観測であり、非熱的パルスが粒子加速を示しており、硬いX線スペクトル（光子指数2.28）と、回転減衰光度に対する0.03％の効率を示している。

ABSTRACT

This is the summary of the parallel session entitled "White Dwarf Pulsars and Rotating White Dwarf Theory", chaired by Yukikatsu Terada in Thirteenth Marcel Grossmann Meeting. The origin of cosmic rays remains a mystery, even over 100 years since their discovery. Neutron stars (NSs) are considered textbook cases of particle acceleration sites in our Galaxy, but many unresolved numerical problems remain. Searches for new acceleration sites are crucial for astrophysics. The magnetized white dwarfs (MWDs) have the same kind of rotating magnetosphere as NSs, and may be the source of up to 10% of galactic cosmic ray electrons. In the parallel session of the "white dwarf pulsars and rotating white dwarf theory", we focus on the current observational results on white dwarf pulsars, related theories of the radiation process both in white dwarfs and neutron stars, and the origin and rule of white dwarf pulsars, as well as surveying on the current theories of the internal structure and the equation of state of white dwarfs.

研究の動機と目的

• 磁化された白色矮星が銀河宇宙線の潜在的源として果たす役割を調査すること。
• 特に中性子星パルサーと類似した粒子加速機構を想定した、白色矮星パルサーに関する観測的および理論的証拠を評価すること。
• 回転、磁場、温度の影響を含む極限状態における白色矮星の内部構造および状態方程式を検討すること。
• 白色矮星パルサーがSGRやAXPで観測された高エネルギー放射を説明できるかどうかを評価すること。
• PAMELAが検出した高エネルギー電子・陽電子対への白色矮星パルサーの寄与を特定すること。

提案手法

• 中性子星用に開発された手法を応用し、粒子-格子（PIC）シミュレーションを用いて白色矮星の回転磁気圏をモデル化した。
• X線およびガンマ線データを、パワー則モデルと熱的（MEKAL）モデルを用いたスペクトルフィッティングにより、非熱的放射を区別した。
• ヒルラス図を用いて、磁場強度、サイズ、回転周期に基づき、白色矮星の粒子加速可能性を評価した。
• AE Aquariiの回転減衰光度（P = 33.0767 s、L_sd = 6×10³³ erg/s）および磁場強度（B = 50 MG）を評価し、粒子加速効率を推定した。
• 一般相対性理論的および有効幾何学的形式を用いて、回転、磁場、温度の影響下での白色矮星の状態方程式を調査した。
• 白色矮星パルサーと中性子星パルサーおよびマグネターのエネルギー収支を比較し、高エネルギー放射への相対的寄与を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い磁場と高速回転を有する磁化白色矮星は、銀河宇宙線の粒子加速器として実現可能であるか？
• RQ2 非熱的X線またはガンマ線パルスなどの観測的特徴は、白色矮星パルサーの存在を確認する手がかりとなるか？
• RQ3 白色矮星パルサーにおける粒子加速効率は、中性子星パルサーと比べてどの程度か？
• RQ4 マグネター的磁場を仮定せずに、白色矮星パルサーがSGR やAXPで観測された高エネルギー放射を説明できるか？
• RQ5 回転、磁場、温度は、白色矮星の状態方程式および最大質量にどのように影響を与えるか？

主な発見

• AE Aquariiは、光子指数2.28 ± 0.08の硬いX線パルスを示しており、非熱的パワー則スペクトルと整合的であり、粒子加速を示唆している。
• 0.5–10 keVバンドにおけるパルス的X線光度1.8×10³⁰ erg/sは、対象の回転減衰光度の0.03％に相当し、効率的だが支配的ではない粒子加速を示唆している。
• X線スペクトルは、MEKALモデルよりもパワー則モデルに適合が良く、金属量が0.08太陽量と低く、非熱的起源をさらに支持している。
• 磁場を持つ白色矮星は、10¹⁴–10¹⁶ Vの電位を生成でき、粒子を宇宙線エネルギーまで加速可能であり、銀河宇宙線電子の妥当な源であると考えられる。
• 理論的モデルは、白色矮星パルサーが銀河宇宙線電子の最大で10％を供給可能であり、中性子星パルサーと同等の寄与が期待できることを示唆している。
• 数値シミュレーションにより、回転する白色矮星は磁気圏内で加速領域を維持でき、中性子星パルサーに類似した「死線」が定義可能であることが示された。