[논문 리뷰] A different nature between the radio AXPs in comparison to the others SGRs/AXPs

Jaziel G. Coelho, M. Malheiro|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 30.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 라디오-강한 AXPs(이상한 X선 펄서)가 고자기장 펄서와 유사한 자기장과 함께 자전으로 구동되는 중성자별이며, 다른 SGRs/AXPs와 근본적으로 다름을 제안한다. 다른 SGRs/AXPs는 자기장이 강한 백색왜성일 가능성이 높다. 라디오 AXPs에서는 X선 복사세기와 자전 에너지 손실 사이에 선형 로그-로그 관계가 존재함을 보여주며, 이는 중성자별 성질을 지지한다. 반면 비라디오 SGRs/AXPs는 자전 감속력과 무관하게 일정한 X선 복사세기를 보이며, 다른 기원을 가짐을 시사한다.

ABSTRACT

SGRs/AXPs are considered a subclass of pulsars powered by magnetic energy and not by rotation, as normal radio pulsars. They are understood as strongly magnetized neutron star, with large periods of rotation $P\sim(2-12)$ s, and large spin-down, with typical $\dot{P}\sim(10^{-13}-10^{-10})$ s/s in contrast to $\dot{P}\sim10^{-15}$ s for ordinary pulsars. Their persistent X-ray luminosity, as well as the bursts and flares typical of these sources, are instead believed to be powered by the decay of their ultrastrong magnetic field. SGRs/AXPs typically have a larger X-ray luminosity that can not be explained by their spin-down luminosity ($L_X>\dot{E}_{ m rot}$), unlike rotation-powered pulsars. However, the recent discovery of radio-pulsed emission in four of this class of sources, where the spin-down rotational energy lost $\dot{E}_{ m rot}$ is larger than the X-ray luminosity $L_X$ during the quiescent state - as in normal pulsars - opens the question of the nature of these radio sources in comparison to the others of this class. In this contribution, we show that the radio SGRs/AXPs obey a linear log-log relation between $L_X$ and $\dot{E}_{ m rot}$, very similar to the one satisfied by X-ray and gamma-ray neutron star pulsars, suggesting their neutron star nature. Furthermore, we show that almost all the high-B pulsars are also near the line found for the radio AXPs. In contrast, for almost all the others SGRs/AXPs, $\log L_X$ does not vary too much as function of $\log \dot{E}_{ m rot}$, a phenomenology not shared by X-ray neutron star pulsars, suggesting a different nature for these sources.

연구 동기 및 목표

• 라디오-강한 AXPs와 다른 SGRs/AXPs 간의 근본적인 성질 차이를 조사하기 위해.
• 라디오 AXPs의 X선 복사세기가 정상 펄서와 마찬가지로 자전 에너지 손실에 의해 공급되는지 확인하기 위해.
• 비라디오 SGRs/AXPs가 전통적인 마그네타르가 아니며, 자전 감속과 무관하게 지속적인 X선 복사를 내는 자기장이 강한 백색왜성일 수 있다는 가설을 시험하기 위해.
• 라디오 활성도와 자전 감속 특성에 기반해 SGRs/AXPs의 X선 복사세기의 물리적 기원을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 관측 데이터에서 SGRs/AXPs의 X선 복사세기($L_X$)와 자전 에너지 손실($\dot{E}_{\rm rot}$)을 분석한다.
• 라디오-강한 AXPs에 대해 $L_X$ 대 $\dot{E}_{\rm rot}$의 로그-로그 선형 회귀를 적용하여 $\log L_X = \log(6.2265 \times 10^7) + 0.7239 \log \dot{E}_{\rm rot}$를 도출하였으며, 이는 중성자별 펄서와 일치한다.
• 이 관계를 마그네타르의 기본 평면과 고자기장 펄서와 비교하여, 라디오 AXPs가 자전으로 구동되는 중성자별과 일치함을 보여준다.
• 비라디오 SGRs/AXPs의 행동과 대조하여, 이들은 다양한 $\dot{E}_{\rm rot}$에서도 거의 일정한 $L_X$를 보이며, 다른 에너지원을 시사한다.
• 양쪽 그룹의 X선 효율 $\eta_X = L_X / \dot{E}_{\rm rot}$를 평가하여, 라디오 AXPs의 경우 $10^{-2} - 10^{-1}$를 얻었으며, 이는 중성자별 모델과 일치하지만 백색왜성보다 높다.
• 마그네타르 기본 평면과 관측 제약 조건을 사용하여, 비라디오 SGRs/AXPs는 자기장 이중극 모멘트($10^{34} - 10^{36}$ emu)를 가진 자기장이 강한 백색왜성 모델로 더 잘 설명된다고 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라디오-강한 AXPs는 정상 중성자별 펄서와 같은 X선 복사세기-자전 감속력 관계를 따르는가?
• RQ2 왜 비라디오 SGRs/AXPs는 자전 에너지 손실이 다양함에도 불구하고 거의 일정한 X선 복사세기를 나타내는가?
• RQ3 라디오 AXPs의 X선 방출은 정상 펄서와 마찬가지로 자전 에너지에 의해 공급되는가, 아니면 마그네타르와 같이 자기 에너지 붕괴에 의해 공급되는가?
• RQ4 라디오 AXPs의 관측된 X선 효율은 중성자별 모델로 설명될 수 있는가, 아니면 다른 밀집 천체가 필요한가?
• RQ5 비라디오 SGRs/AXPs는 중성자별이 아니라 자기장이 강한 백색왜성일 가능성이 있는가, 다른 물리적 기원을 가질까?

주요 결과

• 라디오-강한 AXPs는 X선 복사세기와 자전 에너지 손실 사이에 선형 로그-로그 관계를 보이며, $\log L_X = \log(6.2265 \times 10^7) + 0.7239 \log \dot{E}_{\rm rot}$로 표현되며, 이는 자전으로 구동되는 중성자별과 일치한다.
• 라디오 AXPs의 X선 효율 $\eta_X = L_X / \dot{E}_{\rm rot}$는 $10^{-2} - 10^{-1}$이며, 이는 정상 펄서보다는 높지만 중성자별 모델과 일치한다.
• 비라디오 SGRs/AXPs는 광범위한 $\dot{E}_{\rm rot}$ 범위에서 거의 일정한 X선 복사세기를 보이며, 자전 에너지가 아닌 다른 에너지원을 시사한다.
• 비라디오 SGRs/AXPs의 관측된 X선 복사세기는 자기장 이중극 모멘트가 $10^{34} - 10^{36}$ emu인 자기장이 강한 백색왜성 모델로 더 잘 설명된다.
• 라디오 AXPs는 X선 방출이 자기 에너지 붕괴가 아닌 자전 에너지에 의해 공급되므로, 전통적인 의미의 마그네타르가 아니다.
• 라디오 AXPs와 고자기장 펄서가 $L_X$–$\dot{E}_{\rm rot}$ 평면에서 일치함을 보여, 이들이 자전으로 구동되는 중성자별로 분류되는 데에 기여한다.