[논문 리뷰] Birth rates of SGRs and AXPs: delayed amplification of magnetic field

D. A. Leahy, Rachid Ouyed|ArXiv.org|2007. 10. 10.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

논문은 AXPs/SGRs인 매그네타론이 정상적인 자기장(~10^12 G)을 지닌 채로 형성되며, 약 300–900년 후에 중성자별에서 쿼크별로의 전이 이후 색 페로자성에 의해 자기장이 지연되어 10^14–10^15 G로 증폭된다고 제안한다. 이 지연된 증폭은 1/(500–1000년)의 높은 관측된 탄생률, AXPs/SGRs의 고립성, 그리고 극도로 강한 자기장의 기원을 설명하며, 극도로 강한 初기 자기장이나 빠른 자전을 요구하지 않는다.

ABSTRACT

We present new determination of the birth rate of AXPs and SGRS and their associated SNRs. We find a high birth rate of 1/(500 yr) for AXPs/SGRs and 1/(1700 yr) for associated SNRs. These high rates suggest that all massive stars (greater than ~ 25 M_sun) give rise to remnants with magnetar-like fields. Recent observations indicate that fossil fields cannot explain such high fields in the progenitor stars. Dynamo mechanisms during the birth of the neutron stars require spin rates much faster than either observations or theory indicate. Here, we propose the neutron stars form with normal (~ 10^{12} G) magnetic fields, which are then amplified to 10^{14}-10^{15} G after a delay of a few hundred years. The amplification is speculated to be a consequence of color ferromagnetism and occurs after the neutron star core reaches quark-deconfinement density. This delayed amplification alleviates many difficulties in interpreting simultaneously the high birth rate and high magnetic fields of AXPs/SGRs and their link to massive stars.

연구 동기 및 목표

• 스핀 다운 및 초신성 잔해의 팽창 연대를 독립적으로 이용하여 AXPs 및 SGRs의 탄생률을 재평가한다.
• 높은 탄생률과 후보 별들에서 강한 자기장을 보일 증거가 없는 것으로 보이는 자기장의 부족 사이의 괴리를 해결한다.
• AXPs/SGRs의 고립성과 이들의 초강력 자기장(~10^14–10^15 G) 기원을 설명한다.
• 극도의 초기 조건이나 빠른 자전 속도를 요구하지 않는 자기장 증폭 메커니즘을 제안한다.
• AXPs/SGRs의 높은 탄생률과 대질량 항성과의 연관성, 관측된 자기장 이원성과의 조화를 이룬다.

제안 방법

• ATNF 펄서 목록의 스피닝 다운 연대와 Marsden 등(2001)의 초신성 잔해 연대를 사용하며, 초신성 잔해의 기하 평균 연대를 추정한다.
• 누적 수량 대 연령 관계에 표준 및 강력한 통계적 피팅을 적용하여 일정한 탄생률 추정치를 유도한다.
• 중성자별에서 쿼크별로의 전이 이후 색 페로자성에 의해 발생하는 약 300–900년 후에 지연된 자기장 증폭 메커니즘을 제안한다.
• 중성자별에서 쿼크별로의 전이(QN)를 모델링하고, Iwazaki(2005)의 색 페로자성에 의한 자기장 증폭을 적용한다.
• 스핀 다운 연대가 진정한 연대를 약 2.25배 과대평가하는 것으로 가정하여, 초신성 잔해와 스피닝 다운 연대 사이의 괴리 원인을 설명한다.
• 질량과 물질 공급률에 기반한 수명 추정치를 사용하여, 1E2259+586 및 4U0142+615에서 관측된 이례적인 높은 스피닝 다운 연대를 토러스 형 물질 공급 모델로 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AXPs 및 SGRs의 진정한 탄생률은 얼마이며, 핵붕괴 초신성율과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 AXPs/SGRs가 후보 별들에서 강한 자기장을 보일 증거가 없음에도 불구하고 약 10^14–10^15 G의 극도로 강한 자기장을 어떻게 갖게 되는가?
• RQ3 대질량 항성에서 형성되는 AXPs/SGRs가 왜 이렇게 고립되어 있는가?
• RQ4 AXPs/SGRs에서 스피닝 다운 연대와 초신성 잔해 연대 사이에 왜 괴리가 존재하는가?
• RQ5 어떤 물리적 메커니즘이 중성자별 내에서 자기장을 매그네타론 수준으로 지연 증폭시킬 수 있는가?

주요 결과

• AXPs 및 SGRs의 탄생률은 1/(500–1000년)로 추정되며, 이는 핵붕괴 초신성의 1/5에서 1/10에 해당한다.
• 관련된 초신성 잔해의 탄생률은 1/(1600–1770년)이며, 연대 추정 편향을 고려할 경우 AXPs/SGRs의 높은 탄생률과 일치한다.
• 지연된 자기장 증폭으로 인해 스피닝 다운 연대가 진정한 연대를 약 2.25배 과대평가하므로, 초신성 잔해와 스피닝 다운 연대 추정치 사이의 연령 괴리를 해소한다.
• 중성자별에서 쿼크별로의 전이 시 색 페로자성에 의해 발생하는 300–900년 후의 지연된 증폭 메커니즘은 극도로 강한 초기 조건 없이도 고강도 자기장을 설명한다.
• QN(쿼크 노바) 폭발과 관련된 질량 손실은 이중성계를 파괴함으로써 AXPs/SGRs의 고립성을 설명한다.
• 1E2259+586의 이례적인 높은 스피닝 다운 연대(228,000년)는 장수 토러스에서의 물질 공급에 의해 설명되며, 토러스 질량과 물질 공급률에 기반한 침체 수명은 약 16,000년이다.