[논문 리뷰] An X-Ray Burst from a Magnetar Enlightening the Mechanism of Fast Radio Bursts

M. Tavani, C. Casentini외 61명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 25.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 8인용 수 38

한 줄 요약

논문은 AGILE에 의해 감지된 X-선 폭발이 Galactic magnetar SGR 1935+2154의 밝은 라디오 폭발과 동시인 경우를 보고하며 FRB–자장마구 연결 및 에너지에 제약을 둡니다.

ABSTRACT

Fast radio bursts (FRBs) are short (millisecond) radio pulses originating from enigmatic sources at extragalactic distances so far lacking a detection in other energy bands. Magnetized neutron stars (magnetars) have been considered as the sources powering the FRBs, but the connection is controversial because of differing energetics and the lack of radio and X-ray detections with similar characteristics in the two classes. We report here the detection by the AGILE satellite on April 28, 2020 of an X-ray burst in coincidence with the very bright radio burst from the Galactic magnetar SGR 1935+2154. The burst detected by AGILE in the hard X-ray band (18-60 keV) lasts about 0.5 seconds, it is spectrally cutoff above 80 keV, and implies an isotropically emitted energy ~ $10^{40}$ erg. This event is remarkable in many ways: it shows for the first time that a magnetar can produce X-ray bursts in coincidence with FRB-like radio bursts; it also suggests that FRBs associated with magnetars may emit X-ray bursts of both magnetospheric and radio-pulse types that may be discovered in nearby sources. Guided by this detection, we discuss SGR 1935+2154 in the context of FRBs, and especially focus on the class of repeating-FRBs. Based on energetics, magnetars with fields B ~ $10^{15}$ G may power the majority of repeating-FRBs. Nearby repeating-FRBs offer a unique occasion to consolidate the FRB-magnetar connection, and we present new data on the X-ray monitoring of nearby FRBs. Our detection enlightens and constrains the physical process leading to FRBs: contrary to previous expectations, high-brightness temperature radio emission coexists with spectrally-cutoff X-ray radiation.

연구 동기 및 목표

• 자장마구–FRB 연결을 coordinated X-ray 및 radio burst 이벤트를 제시함으로써 동기 부여한다.
• X-ray 폭발 특성과 에너지를 정량화하여 FRB 모델과의 적합성을 평가한다.
• ~10^15 G의 자장을 가진 자장마구가 반복 FRB에 기여하는 역할 및 시사점을 논의한다.

제안 방법

• AGILE 위성의 18–60 keV 대역에서의 X-ray 폭발 탐지에 대한 보고 및 분석.
• 폭발 지속 시간(~0.5 s) 및 스펙트럼 컷오프가 ~80 keV 이상임을 특징화.
• X-ray 사건의 반구적 방출 에너지를 추정(~10^40 erg).
• 자장마구 SGR 1935+2154의 FRB 유사 라디오 방출과의 X-ray 폭발 연결에 대한 맥락적 논의.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자장마구가 FRB 유사 라디오 폭발과 동시인 X-ray 폭발을 생성할 수 있는가, 그리고 관여된 에너지는 어느 정도인가?
• RQ2 이런 다파장 감지들이 FRB의 방출 기작에 대해 무엇을 시사하는가, 특히 근거리 반복 FRB의 경우에는 어떠한가?
• RQ3 에너질 측면에서 ~10^15 G의 자장마구가 반복 FRB의 대다수를 구동할 수 있는가?

주요 결과

• 18–60 keV 대역의 X-ray 폭발은 ~0.5 s 지속되었고 스펙트럼은 ~80 keV 이상에서 컷오프된다.
• X-ray 폭발의 동질방출 에너지는 ~10^40 erg이다.
• 본 사건은 자장마구가 FRB 유사 라디오 폭발과 동시인 X-ray 폭발을 처음으로 보여주는 사례이다.
• 이 이벤트는 자장마구–FRB 연결을 지지하며, 자장마구와 연관된 FRB가 자기장권 및 라디오 펄스 유형의 X-ray 폭발을 모두 방출할 수 있음을 시사한다.
• 근거리 반복-FRB는 FRB–자장마구 연결을 확립하고 추가 X-ray 모니터링을 촉진하는 시험대가 된다.