[논문 리뷰] Central compact objects, superslow X-ray pulsars, gamma-ray bursts: do they have anything to do with magnetars?

Hao Tong, W. Wang|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 25.

Pulsars and Gravitational Waves Research참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 '마그네타르'라는 용어가 중심 밀도가 높은 물체(CCO), 초초속 X선 펄서, 그리고 감마선 폭발 중심 엔진을 포함한 여러 중성자별 시스템에 잘못 적용되고 있다고 주장한다. 이들 물체는 자기 에너지가 주요 추진력인 진정한 마그네타르가 아니며, 자기 에너지가 아니라 자전 또는 물질 붕괴에 의해 에너지가 공급된다고 주장한다. 이는 강한 표면 듀폴 필드가 존재하더라도 마찬가지이다.

ABSTRACT

Magnetars and many of the magnetar-related objects are summarized together and discussed. It is shown that there is an abuse of language in the use of "magnetar". Anomalous X-ray pulsars and soft gamma-ray repeaters are well-known magnetar candidates. The current so called anti-magnetar (for central compact objects), accreting magnetar (for superslow X-ray pulsars in high mass X-ray binaries), and millisecond magnetar (for the central engine of some gamma-ray bursts), they may not be real magnetars in present understandings. Their observational behaviors are not caused by the magnetic energy. Many of them are just neutron stars with strong surface dipole field. A neutron star plus strong dipole field is not a magnetar. The characteristic parameters of the neutron stars for the central engine of some gamma-ray bursts are atypical from the neutron stars in the Galaxy. Possible signature of magnetic activities in accreting systems are discussed, including repeated bursts and a hard X-ray tail. China's future hard X-ray modulation telescope may contribute to finding some magnetic activities in accreting neutron star systems.

연구 동기 및 목표

• 자기 에너지가 주요 추진력이 되지 않는 중성자별에 대해 '마그네타르'라는 용어의 광범위한 사용을 도전한다.
• 강한 표면 듀폴 필드를 가진 중성자별과 자기 활동이 정의적 특징인 진정한 마그네타르 사이의 구분을 명확히 한다.
• 중앙 밀도가 높은 물체, 초초속 X선 펄서, 감마선 폭발 중심 엔진의 분류를 '반-마그네타르', '물질 붕괴 마그네타르', 또는 '밀리초 마그네타르'로 재평가한다.
• 이들 물체는 자기 에너지가 아니라 자전 또는 물질 붕괴에 의해 추진된다고 주장하며, 이는 더 나은 이해를 가능하게 한다.
• 향후 관측, 특히 중국의 딱딱한 X선 조절 망원경을 통해 물질 붕괴 시스템에서 자기 활동의 징후를 감지할 수 있음을 제안한다.

제안 방법

• 진정한 마그네타르 행동의 기준이 되는 알려진 마그네타르 후보자(AXPs 및 SGRs)의 관측적 성질을 분석한다.
• AXPs/SGRs와 CCO, 초초속 펄서, 감마선 폭발 중심 엔진 간의 타이밍, 스펙트럼, 변동성 특성을 비교한다.
• 주기-주기 변화율 다이어그램과 스펙트럼 모델링을 사용하여 자기 에너지가 아닌 자전 또는 물질 붕재 에너지가 방출을 주도하는지 평가한다.
• 감마선 폭발 모델에 필요한 자기장 강도와 초기 자전 주기를 평가하여 일반적인 은하계 중성자별 파rameter와 일치하지 않음을 확인한다.
• 반복적인 X선 폭발과 딱딱한 X선 尾을 물질 붕괴 시스템에서 자기 활동의 증거로 삼을 수 있음을 제안한다.
• X선, 전파, 감마선 관측 자료를 활용하여 자기 활동이 없는 고자기장 중성자별과 진정한 마그네타르를 대조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진정한 마그네타르와 강한 표면 듀폴 필드를 가진 중성자별을 어떻게 구분할 수 있는가?
• RQ2 중심 밀도가 높은 물체는 고안된 지각된 껍질 자기장이 높음에도 불구하고 왜 마그네타르로 간주되지 않는가?
• RQ3 고질량 X선 이중성계에 있는 초초속 X선 펄서는 현재 관측 결과를 바탕으로 물질 붕괴 마그네타르로 분류될 수 있는가?
• RQ4 감마선 폭발에서 밀리초 마그네타르 모델에 필요한 파rameter는 알려진 은하계 중성자별 집단과 일치하는가?
• RQ5 물질 붕괴 중성자별 시스템에서 자기 활동의 징후를 확인할 수 있는 관측적 특징은 무엇인가?

주요 결과

• 이상 X선 펄서와 부드러운 감마선 반복 방출기는 유일한 확인된 마그네타르 후보자이며, 그들의 방출은 자기 에너지에 의해 주도되고 강한 변동성을 보인다.
• 중앙 밀도가 높은 물체(CCO)는 반-마그네타르가 아니며, 자기 활동이 없고 고표면 듀폴 필드를 가진 고립 중성자별로 더 잘 묘사된다.
• 초초속 X선 펄서는 자기 에너지가 아니라 물질 붕괴에 의해 추진되므로 '물질 붕괴 마그네타르'라는 명칭을 쓰는 것은 부적절하다.
• 일부 감마선 폭발의 중심 엔진은 특이한 파rameter가 필요하며, 예를 들어 초기 자전 주기가 59 ms이고 표면 듀폴 필드가 10^17 G인 경우가 포함되며, 일반적인 은하계 중성자별 파rameter와 일치하지 않는다.
• 강한 표면 듀폴 필드를 가진 중성자별(예: 약 10^14 G)이 반드시 마그네타르라는 뜻은 아니며, 자전 에너지에 의해 추진되는 고자기장 펄서일 수 있다.
• 중국의 향후 딱딱한 X선 조절 망원경은 물질 붕괴 시스템에서 딱딱한 X선 尾이나 반복 폭발을 감지하여 자기 활동의 증거를 제공할 수 있다.