[论文解读] Birth rates of SGRs and AXPs: delayed amplification of magnetic field

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

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 8被引用 4

一句话总结

该论文提出，磁星（AXPs/SGRs）最初形成时具有正常的磁场（~10^12 G），并在约300–900年后经历延迟的磁场增强，通过夸克禁闭相变后的色铁磁性机制，使磁场增强至10^14–10^15 G，该过程发生在中子星向夸克星转变之后。这种延迟增强解释了观测到的高初始诞生率（1/(500–1000 yr)）、AXPs/SGRs的孤立性，以及超大磁场的起源，而无需假设极端初始磁场或快速自转。

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.

研究动机与目标

• 使用自转降速和超新星遗迹（SNR）膨胀的独立年龄估计，重新评估AXPs和SGRs的诞生率。
• 解决高诞生率与前身星中缺乏强磁场证据之间的矛盾。
• 解释AXPs/SGRs的孤立性及其内部超大磁场（~10^14–10^15 G）的起源。
• 提出一种磁场增强机制，避免对极端初始条件或快速自转速率的依赖。
• 调和AXPs/SGRs的高诞生率与其与大质量恒星的关联性，以及观测到的磁场双峰分布特征。

提出的方法

• 使用ATNF脉冲星目录中的自转降速年龄，以及Marsden等人（2001年）的SNR年龄，对SNR采用几何平均年龄估计。
• 对累积数量与年龄关系应用标准和鲁棒的统计拟合，以推导恒定的诞生率估计值。
• 提出一种在诞生后300–900年发生的延迟磁场增强机制，由夸克禁闭相变和色铁磁性触发。
• 通过中子星向夸克星转变（QN）模型，结合Iwazaki（2005年）提出的色铁磁性磁场增强机制进行建模。
• 通过假设自转降速年龄因延迟磁场增强而高估真实年龄约2.25倍，解释自转降速年龄与SNR年龄之间的差异。
• 使用环状吸积模型解释1E2259+586和4U0142+615中异常高的自转降速年龄，其寿命估计基于质量和吸积率。

实验结果

研究问题

• RQ1 AXPs和SGRs的真实诞生率是多少？其与核心坍缩超新星率相比如何？
• RQ2 尽管前身星中未发现强初始磁场，AXPs/SGRs为何表现出如此高的磁场（~10^14–10^15 G）？
• RQ3 如果AXPs/SGRs源自大质量恒星，其中许多为双星系统，为何它们如此孤立？
• RQ4 为何AXPs/SGRs的自转降速年龄与SNR年龄之间存在差异？
• RQ5 何种物理机制可解释中子星内磁场延迟增强至磁星量级？

主要发现

• AXPs和SGRs的诞生率估计为1/(500–1000 yr)，相当于所有核心坍缩超新星的1/5至1/10。
• 相关SNR的诞生率为1/(1600–1770 yr)，在考虑年龄估计偏差后，与较高的AXP/SGR诞生率一致。
• 由于延迟的磁场增强，自转降速年龄高估真实年龄约2.25倍，从而调和了SNR与自转降速年龄估计之间的差异。
• 在中子星向夸克星转变过程中，通过色铁磁性在诞生后300–900年发生的延迟磁场增强机制，可在不依赖极端初始条件的情况下解释超大磁场。
• QN（夸克新星）爆发及伴随的质量损失可解释AXPs/SGRs的孤立性，通过破坏双星系统实现。
• 1E2259+586异常高的自转降速年龄（228,000 yr）可由来自长寿命环状吸积盘的吸积解释，其平静期寿命约16,000 yr，基于环状吸积盘质量和吸积率。