[논문 리뷰] Glitch analysis and braking index determination of the unique source PSR J0537-6910

Onur Akbal, Erbil Gügercinoğlu외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 07.

Magnetic confinement fusion research참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 고도로 활성화된 펄서 PSR J0537–6910의 45개의 글리치를 비틀림 끼워맞춤 모델을 사용하여 재분석하여 초유체 성질과 본질적 스핀다운 행동을 규명한다. 글리치 유도의 지속적 이격을 제거함으로써, 저자들은 진정된 브레이킹 인덱스 n = 2.7(4)를 도출하였으며, 이는 내부 중성자별 역학과 일치하고 중력파 방출이 유의미하지 않음을 배제한다.

ABSTRACT

PSR J0537$-$6910 is the most active glitching pulsar with a glitch rate $\sim0.3$ yr $^{-1}$. We have reanalysed 45 glitches of PSR J0537$-$6910 published in the literature and have done post-glitch timing fits within the vortex creep model. Moment of inertia fractions of the superfluid regions participating in glitches are obtained for each event and the model predictions for the inter-glitch time are confronted with the observed time-scales. Similarities and differences with the glitching behaviours of the well studied Crab and Vela pulsars are highlighted. From superfluid recoupling time-scales we estimate an inner crust temperature of $T=0.9 imes10^{8}$ K for PSR J0537$-$6910. It is found that PSR J0537$-$6910 glitches leave behind persistent shifts similar to those observed from the Crab pulsar. These persistent shifts are responsible for the long term increase of the spin-down rate of PSR J0537$-$6910 and the apparent negative trend in its braking. Glitch magnitudes and persistent shifts of PSR J0537$-$6910 are consistent with the scenario that this is a young pulsar in the process of developing new vortex traps. We determine a braking index $n=2.7(4)$ after glitch induced contributions to the rotational evolution have been removed.

연구 동기 및 목표

• 빈번하고 큰 글리치로 인해 발생하는 PSR J0537–6910의 브레이킹 인덱스 측정에 대한 모호성을 해결하기 위해.
• 글리치의 일시적 및 지속적 기여를 분리하여 PSR J0537–6910의 본질적 스핀다운 법칙을 규명하기 위해.
• 비틀림 끼워맞춤 모델 내에서 후기 글리치 타이밍 피팅을 통해 중성자별 내부 구조와 초유체 역학을 제약하기 위해.
• 크랩과 벨라 펄서의 글리치 행동과 비교하여 PSR J0537–6910의 진화 상태를 조사하기 위해.

제안 방법

• 각 글리치에 관여한 초유체 영역의 관성 모멘트 분율을 추출하기 위해 비틀림 끼워맞춤 모델을 사용하여 후기 글리치 타이밍 피팅을 수행하였다.
• 글리치로 인한 지속적인 스핀다운 속도 증가를 제거하기 위한 새로운 방법을 적용하여 기저의 회전 진화를 분리하였다.
• 글리치 크기와 다음 글리치까지의 시간 간격 간의 상관관계(Δν/Δν̇ ∝ tg)를 사용하여 비틀림 함정 및 비선형 끼워맞춤 영역의 특성을 추론하였다.
• 재결합 시간 상수와 미세물리적 매개변수로부터 내부 고체층 온도 T = 0.9 × 10⁸ K를 추정하였다.
• 핵심의 토로이드형 자기장 기여도를 I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³로 계산하였고, 비틀림-자기선형 봉지 에너지를 E_v-Φ = 4.32 MeV로 추정하였다.
• 글리치 유도 스핀다운 속도 증가 보정 후 진정된 브레이킹 인덱스 n = 2.7(4)를 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 글리치의 일시적 및 지속적 기여를 제거한 후 PSR J0537–6910의 본질적 브레이킹 인덱스는 무엇인가요?
• RQ2 PSR J0537–6910의 초유체 성질과 비틀림 역학은 크랩과 벨라 펄서와 비교하여 어떻게 다릅니까?
• RQ3 글리치 재발 주기와 재결합 시간 상수를 바탕으로 PSR J0537–6910의 내부 고체층 온도는 얼마입니까?
• RQ4 지속적인 후기 글리치 이격이 장기 타이밍 데이터에서 관측된 명백한 음의 브레이킹 인덱스를 어느 정도 설명합니까?
• RQ5 PSR J0537–6910에서 관측된 글리치 상관관계는 비틀림 끼워맞춤 모델로 설명될 수 있으며, 이는 중성자별 고체층 구조에 대해 어떤 의미를 갖습니까?

주요 결과

• PSR J0537–6910의 진정된 브레이킹 인덱스는 n = 2.7(4)이며, 지속적인 글리치 유도 스핀다운 속도 증가를 제거한 후 도출되었다.
• 지속적인 후기 글리치 이격은 |ν̇|의 장기적 증가를 설명하며, 이는 명백한 음의 브레이킹 인덱스를 설명한다.
• 재결합 시간 상수와 모델 피팅을 기반으로 PSR J0537–6910의 내부 고체층 온도는 T = 0.9 × 10⁸ K로 추정되었다.
• 비틀림 끼워맞춤 모델 피팅 결과는 비선형 끼워맞춤 영역(I_A)이 크랩과 유사하고, 비틀림 함정 영역(I_B)이 벨라 펄서와 유사한 젊고 뜨거운 중성자별임을 지지한다.
• 핵심의 토로이드형 자기장 선의 체적 비율은 I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³이며, 비틀림-자기선형 봉지 에너지는 E_v-Φ = 4.32 MeV이다.
• 강한 상관관계 Δν/Δν̇ ∝ t_g (상관계수 0.95)는 비틀림 끼워맞춤 모델을 지지하며, 젊은 펄서에서 진화하는 비틀림 함정 형성의 특성을 나타낸다.