[論文レビュー] Millisecond extragalactic radio bursts as magnetar flares

С. Б. Попов, К. А. Постнов|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 63

ひとこと要約

この論文は、観測されたFRBの放射度、分散測定値、発生率と整合するという点で、ミリ秒級の銀河間電波バースト（FRB）が、高磁化された中性子星（マグネタール）のハイパーフレアから生じると提案している。モデルは、FRBのエネルギー、統計的特性、およびM31における複数バースト事象を、弱いマグネタールフレアとして説明しており、相対論的プラズマと誘導散乱によって駆動される電波放射を支持する観測された放射度スケーリングとバースト発生率に基づいている。

ABSTRACT

Properties of the population of millisecond extragalactic radio bursts discovered by Thornton et al. (2013) are in good correspondence with the hypothesis that such events are related to hyperflares of magnetars, as was proposed by us after the first observation of an extragalactic millisecond radio burst by Lorimer et al. (2007). We also point that some of multiple millisecond radio bursts from M31 discovered by Rubio-Herrera et al. (2013) also can be related to weaker magnetar bursts.

研究の動機と目的

• 宇宙距離で検出された高速電波バースト（FRB）の起源を、宇宙距離におけるマグネタールのハイパーフレアとして説明すること。
• マグネタール活動からの理論的予測と観測されたFRBの放射度、分散測定値、発生率を一致させること。
• M31で観測された複数のミリ秒級電波バーストが、一時的源ではなく、弱い繰り返しマグネタールフレアに起因する可能性を調査すること。
• 低輝度マグネタールフレアのX/ガンマ線対応体の検出可能性を評価すること。これは短い持続時間と低光子数のため、見逃される可能性がある。

提案手法

• 短時間持続の電波バーストが相対論的プラズマ中を伝播する際の、電波輝度温度と誘導散乱のスケーリング則を用いてモデル化する。
• SGRフレアの全光度スケーリング（L ∼ 10^39–10^40 erg s⁻¹）を応用し、宇宙距離におけるマグネタールフレアからの電波放射度を推定する。
• 予測されたFRB発生率（20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）と観測された発生率（3 Gpcで約10⁴ d⁻¹）を比較し、マグネタールフレアモデルの妥当性を検証する。
• FRB宿主銀河における分散測定値（500–1000 cm⁻³ pc）を分析し、マグネタールの宿主となる星形成領域に特徴的な高密度のガス・ダストと関連付ける。
• 短い持続時間（約0.1 s）と低光子数を仮定して、弱いマグネタールフレアのX/ガンマ線対応体の検出可能性を評価する。
• 将来のM31バースト観測と照らし合わせて、SGRフレアの期待される電波バーストエネルギー分布（dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶）をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたFRBの放射度と赤方偏移は、宇宙距離に位置するマグネタールのハイパーフレアによって説明可能か？
• RQ2 観測されたFRB発生率は、星形成銀河におけるマグネタールハイパーフレアの予測発生率と一致するか？
• RQ3 M31で観測された複数のミリ秒級電波バーストは、一時的源ではなく、弱い繰り返しマグネタールフレアに起因すると説明可能か？
• RQ4 M31の低輝度マグネタールフレアのX/ガンマ線対応体は、実際に検出可能であるにもかかわらず、なぜおそらく検出されないのか？
• RQ5 M31で観測された電波バーストエネルギー分布は、既知のSGRフレア指数（dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶）と整合するか？

主な発見

• 600 Mpcの距離に位置するマグネタールハイパーフレア（全光度L = 10⁴⁷ erg s⁻¹）は、約30 Jyの電波放射度を発生させ、観測されたFRBの放射度と一致する。
• 3 Gpcの領域で観測されたFRB発生率（約10⁴ d⁻¹）は、マグネタールハイパーフレアの予測発生率（20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）と整合する。
• FRBの分散測定値（500–1000 cm⁻³ pc）は、マグネタールの宿主となる星形成銀河と関連づけることで自然に説明できる。
• M31で観測された複数のミリ秒級電波バースト（放射度約1–4 Jy）と同様の分散測定値は、L ~ 10³⁹–10⁴⁰ erg s⁻¹の弱いマグネタールフレアに起因する可能性がある。
• M31のマグネタールからのX/ガンマ線フレア（L ~ 10³⁹–10⁴⁰ erg s⁻¹）は、短い持続時間（約0.1 s）と低光子数のため、おそらく検出されていない。
• SGRフレアの期待される電波バーストエネルギー分布（dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶）は、将来的なM31バースト観測と整合する。