[論文レビュー] Giant Pulses from PSR B1937+21 with widths = 5 x 10^39 K, the Highest Brightness Temperature Observed in the Universe

V. A. Soglasnov, M. В. Попов+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2004

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 57

ひとこと要約

本論文は、ミリ秒パulsar PSR B1937+21 からの巨大な電波パルスの検出を報告しており、その輝度温度は 5 × 10^39 K に達し、宇宙で観測された中で最高の値である。S2 VLBIシステムと70メートルの電波望遠鏡を用いた研究により、これらのパルスは主パルスおよびインターパルスの波形の後縁に多く発生しており、通常は単一パルスである。また、磁気圏プラズマ過程ではなく、パルス星の極端に局在した放電によって駆動されている可能性が高いことが示された。

ABSTRACT

Giant radio pulses of the millisecond pulsar B1937+21 were recorded with the S2 VLBI system at 1.65 GHz with NASA/JPL's 70-m radio telescope at Tidbinbilla, Australia. These pulses have been observed as strong as 65000 Jy with widths = 5 x 10^39 K, the highest observed in the universe. The vast majority of these pulses occur in a 5.8 mcs and 8.2 mcs window at the very trailing edges of the regular main pulse and interpulse profiles, respectively. Giant pulses occur in general with a single spike. Only in one case out of 309 was the structure clearly more complex. The cumulative distribution is fit by a power law with index -1.40 +/- 0.01 with a low-energy but no high-energy cutoff. We estimate that giant pulses occur frequently but are only rarely detected. When corrected for the directivity factor, 25 giant pulses are estimated to be generated in one neutron star revolution alone. The intensities of the giant pulses of the main pulses and interpulses are not correlated with each other nor with the intensities or energies of the main pulses and interpulses themselves. Their radiation energy density can exceed 300 times the plasma energy density at the surface of the neutron star and can even exceed the magnetic field energy density at that surface. We therefore do not think that the generation of giant pulses is linked to the plasma mechanisms in the magnetosphere. Instead we suggest that it is directly related to discharges in the polar cap region of the pulsar.

研究の動機と目的

• ミリ秒パルス星 PSR B1937+21 における極端な電波放射イベントの発生源を調査すること。
• 宇宙で観測された中で最高の輝度温度を示す物理的メカニズムを特定すること。
• 巨大パルスと通常のメインパルスおよびインターパルスの波形との関係を評価すること。
• 磁気圏内のプラズマ過程か、局在的な表面現象（例：極域放電）が放射を駆動しているかを評価すること。

提案手法

• NASA/JPLのオーストラリア・ティッドビンビラに設置された70メートル電波望遠鏡を用い、1.65 GHz で巨大パルスを観測した。
• S2 VLBIシステムを活用し、パルス放射の高解像度と正確なタイミングを達成した。
• メインパルスおよびインターパルスの波形に対するパルス強度、幅、時間的分布を分析した。
• 累積パルス強度分布を、指数が -1.40 ± 0.01 のべき乗則モデルで統計的フィッティングした。
• 直接性係数を補正した後、1回のネイチャー星の回転あたりの巨大パルスエネルギー出力を推定した。
• 中性子星表面における巨大パルスのエネルギー密度を、プラズマおよび磁場エネルギー密度と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSR B1937+21 における巨大パルスが達成した最大の輝度温度は何か？ 他の天体的源と比較するとどうなるか？
• RQ2 巨大パルスは波形のどの部分に多く発生するのか？ メインパルスまたはインターパルスと時間的相関があるか？
• RQ3 通常のメインパルスまたはインターパルスの強度やエネルギーと、巨大パルスに相関があるか？
• RQ4 特にプラズマおよび磁場エネルギー密度を超える極めて高いエネルギー密度を示す巨大パルスを説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 放射メカニズムは磁気圏プラズマ過程に起因するのか、それとも極域放電のような表面現象に起因するのか？

主な発見

• PSR B1937+21 からの巨大パルスは、ピーク電fluxが 65,000 Jy に達し、輝度温度が 5 × 10^39 K に達し、宇宙で記録された中で最高の値であった。
• 多数の巨大パルスは、メインパルスの後縁における5.8 msの時間窓と、インターパルスの後縁における8.2 msの時間窓に集中していた。
• 309個の巨大パルスのうち1つしか複雑な構造を示さなかったため、大多数は単一パルスイベントであると示された。
• 累積強度分布は指数 -1.40 ± 0.01 のべき乗則に従い、高エネルギー端末に切断がないことから、連続的なエネルギー供給プロセスが存在することが示唆された。
• 直接性係数を補正した後、1回のネイチャー星の回転あたり約25個の巨大パルスが生成されていると推定され、高い内在的放射レートであることが示された。
• 巨大パルスのエネルギー密度は、中性子星表面におけるプラズマエネルギー密度および磁場エネルギー密度を上回っており、磁気圏プラズマ機構が主因である可能性を排除し、極域放電が支配的メカニズムであると支持された。