[論文レビュー] Glitch analysis and braking index determination of the unique source PSR J0537-6910

Onur Akbal, Erbil Gügercinoğlu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2021

Magnetic confinement fusion research参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、超流動性の流れのモデルを用いて、非常に活発なパulsar PSR J0537–6910の45個のグルーピング現象を再分析し、超流動性の性質と固有の回転減速挙動を特定した。グルーピングに起因する恒久的シフトを除去することで、真の減速指数 n = 2.7(4) を得た。これは内部の中性子星の力学と整合的であり、顕著な重力波放射を排除するものである。

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.

研究の動機と目的

• 頻繁で大きなグルーピングによって引き起こされる、PSR J0537–6910の減速指数測定における曖昧さを解消すること。
• 一時的および恒久的グルーピング寄与を分離・除去することで、PSR J0537–6910の固有の回転減速則を特定すること。
• グルーピング後のタイミング適合をボルテックスクリープモデル内で行い、中性子星内部構造と超流動ダイナミクスを制約すること。
• クリブとベラパulsarとのグルーピング行動の比較を通じて、PSR J0537–6910の進化状態を調査すること。

提案手法

• 各グルーピングに関与する超流動領域の慣性モーメント分率を抽出するために、ボルテックスクリープモデルを用いたグルーピング後のタイミング適合を実施した。
• グルーピングによって引き起こされる恒久的な回転減速率の増加を除去するための新規手法を適用し、基礎的な回転進化を分離した。
• グルーピングの大きさと次のグルーピングまでの時間との相関（Δν/Δν̇ ∝ tg）を用いて、ボルテックストラップ領域および非線形クリープ領域の性質を推定した。
• 再結合時間スケールと微視的パラメータから、内皮膚温度 T = 0.9 × 10⁸ K を推定した。
• 核のねじれ磁場成分の慣性モーメント寄与を I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³ と推定し、ボルテックス・フラックスチューブピンニングエネルギーを E_v-Φ = 4.32 MeV とした。
• グルーピングに起因する回転減速率の増加を補正した後、真の減速指数 n = 2.7(4) を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一時的および恒久的グルーピング寄与を除去した後、PSR J0537–6910の固有の減速指数は何か？
• RQ2 PSR J0537–6910の超流動性の性質およびボルテックスダイナミクスは、クリブおよびベラパulsarとどのように異なるか？
• RQ3 グルーピングの再発周期と再結合時間スケールに基づいて、PSR J0537–6910の内皮膚温度は何か？
• RQ4 恒久的なグルーピング後のシフトが、長期的なタイミングデータで観測された一時的な負の減速指数をどの程度説明できるか？
• RQ5 PSR J0537–6910で観測されたグルーピング相関はボルテックスクリープモデルで説明可能か？ また、それらは中性子星の皮膚構造にどのような含意を持つか？

主な発見

• PSR J0537–6910の真の減速指数は、恒久的グルーピングに起因する回転減速率の増加を除去した後、n = 2.7(4) に達した。
• グルーピング後の恒久的回転減速率のシフトが、|ν̇| の長期的増加を説明しており、一時的な負の減速指数傾向を解消している。
• 再結合時間スケールとモデル適合から、PSR J0537–6910の内皮膚温度は T = 0.9 × 10⁸ K と推定された。
• ボルテックスクリープモデルの適合は、非線形クリープ領域（I_A）がクリブと類似し、ボルテックストラップ領域（I_B）がベラパulsarに類似した若い、高温の中性子星であることに整合的である。
• 核内のねじれ磁場線の体積分率は I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³ であり、ボルテックス・フラックスチューブピンニングエネルギーは E_v-Φ = 4.32 MeV である。
• Δν/Δν̇ ∝ t_g の強い相関（相関係数 0.95）は、ボルテックスクリープモデルを支持しており、若いパulsarにおける進化するボルテックストラップ形成を示唆している。