[논문 리뷰] RX J0720.4--3125 as a Possible Example of the Magnetic Field Decay of Neutron Stars

D. Konenkov, С. Б. Попов|CERN Bulletin|1997. 07. 29.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 회전 주기가 8.38 s인 고립된 X선 천체인 RX J0720.4--3125가 옴스 손실을 통한 중성자별의 지각 자기장 붕괴에 의해 가장 잘 설명된다고 제안한다. 저자들은 자기장 붕괴 모델과 간성간 물질 축적을 결합하여, 약 10^9–10^10년 동안 10^6–10^9 G의 속도로 자기장 붕괴가 관측된 주기와 자기장 강도를 일치시킬 수 있음을 발견하였다. 이는 고립된 중성자별의 주요 진화 메커니즘으로 자기장 붕괴를 제안한다.

ABSTRACT

We studied possible evolution of the rotational period and the magnetic field of the X-ray source RX J0720.4-3125 assuming this source to be an isolated neutron star accreting interstellar medium. Magnetic field of the source is estimated to be $10^6 - 10^9$ G, and it is difficult to explain observed rotational period 8.38 s without invoking hypothesis of the magnetic field decay. We used the model of ohmic decay of the crustal magnetic field. The estimates of accretion rate ($10^{-14} - 10^{-16} M_\odot/yr$), velocity of the source relative to interstellar medium ($10 - 50 $ km/s), neutron star age ($2\cdot 10^9 - 10^{10}$ yrs) are obtained.

연구 동기 및 목표

• 표준 축적 또는 회전 가속 모델로는 설명할 수 없는 고립된 중성자별 RX J0720.4--3125의 이례적인 긴 회전 주기(8.38 s)를 설명하기 위해.
• 관측된 자기장 강도(~10^6–10^9 G)와 회전 주기가 옴스 손실을 통한 지각 자기장 붕괴 모델과 일치하는지 조사하기 위해.
• 자기장 붕괴 가설에 부합하는 축적률, 간성간 매질에 대한 상대 속도, 중성자별 연령을 추정하기 위해.
• 표준 회전 가속 메커니즘의 대안으로서 자기장 붕괴 모델이 고립된 중성자별의 진화를 설명하는 데 얼마나 타당한지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 전도성 지각 내에서 저항성 확산 방정식을 사용하여 중성자별 지각 자기장의 옴스 붕괴를 모델링하기 위해.
• 축적 중 각운동량 보존을 가정하여 자기장 붕괴와 회전 진화를 통합하기 위해.
• 관측된 X선 복사선 세기와 주기를 기반으로 간성간 매질에서의 축적을 가정하여 축적률을 제약 조건으로 설정하기 위해.
• 기대되는 축적률과 자기장 강도를 바탕으로 간성간 매질에 대한 소스의 속도를 추정하기 위해.
• 관측된 회전 주기와 자기장을 바탕으로 2×10^9에서 10^10년 사이의 연령 추정치를 유도하기 위해.
• 이론적 예측된 주기와 자기장 진화를 관측 데이터와 비교하여 모델의 일관성 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RX J0720.4--3125의 관측된 8.38 s의 회전 주기는 상당한 축적에 의한 가속을 고려하지 않고도 설명될 수 있는가?
• RQ2 10^6–10^9 G의 관측된 자기장 강도는 중성자별 수명 동안 옴스 붕괴 모델과 일치하는가?
• RQ3 관측된 X선 복사선 세기와 주기를 일치시키기 위해 필요한 축적률과 간성간 매질에 대한 상대 속도는 무엇인가?
• RQ4 자기장 붕괴 모델 하에서 관측된 주기와 자기장 강도와 일치하는 연령 범위는 무엇인가?
• RQ5 표준 축적 또는 감속 모델에 비해 자기장 붕괴 모델이 이 천체의 진화를 더 잘 설명하는가?

주요 결과

• 표준 축적 모델로는 중성자별의 지각 자기장 붕괴가 포함되지 않은 한 RX J0720.4--3125의 관측된 회전 주기 8.38 s는 설명되지 않는다.
• 중성자별 지각 내에서의 옴스 붕괴 모델은 10^6에서 10^9 G 사이의 자기장 강도에서 관측된 주기와 자기장 강도를 설명할 수 있다.
• 관측된 X선 복사선 세기와 주기를 일치시키기 위해선 축적률이 10^{-14}에서 10^{-16} M⊙/yr 범위여야 한다.
• 소스의 간성간 매질에 대한 속도는 10에서 50 km/s 사이로 추정된다.
• 2×10^9에서 10^10년 사이의 중성자별 연령은 자기장 붕괴 모델과 일치한다.
• 이 연구는 자기장 붕괴가 RX J0720.4--3125의 느린 회전에 대한 타당한 설명이며, 표준 가속 메커니즘의 타당한 대안을 제공한다고 결론 내린다.