[論文レビュー] Pulsar glitches and their impact on neutron-star astrophysics

R. N. Manchester|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2018

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、中性子星における突然の回転加速事象であるパルサーのグルーピング—Velaおよびカブ・パルサーでの発見を強調し、グルーピング後の回転減速率の変化を分析する。観測データと理論的モデル、特に超流動中性子星におけるボルテックスのピンニング解放を統合し、中性子星内部物理学と質量推定値の制約を試みる。超流動的およびクリスタル的性質の不確実性により、質量推定値に顕著な乖離が生じていることが明らかになった。

ABSTRACT

The first known pulsar glitch was discovered in the Vela pulsar at both Parkes and Goldstone in March 1969. Since then the number of known glitches has grown enormously, with more than 520 glitches now known in more than 180 pulsars. Details of glitch parameters and post-glitch recoveries are described and some implications for the physics of neutron stars are discussed.

研究の動機と目的

• 180個以上のパルサーに観測された520件以上の既知のパルサーのグルーピングの観測的歴史と特徴を要約すること。
• 特にカブ・パルサーとヴェーラ・パルサーを比較して、異なるパルサーにおけるグルーピング後の回転減速率の変化を分析すること。
• 特に超流動中のボルテックスのピンニング解放を含むグルーピングの理論的モデルを評価し、中性子星構造への影響を検討すること。
• 超流動的およびクリスタル的物理学の不確実性にもかかわらず、グルーピング特性が中性子星質量と状態方程式をどのように探査できるかを評価すること。
• 異なる物理的仮定に基づいて得られるグルーピングデータからの中性子星質量推定値の乖離を解明すること。

提案手法

• ATNFパルサー・カタログおよびヨドレル・バンク天文台の表から得たグルーピングデータ（グルーピングの大きさΔν/ν、タイミング、グルーピング後の回転減速率の変化）の収集と分析。
• 突然の周波数ジャンプとその後の回転減速率の変化を説明するため、星の破壊モデルとボルテックスのピンニング解放メカニズムの適用。
• アルパールらのモデル（異なるクリスタル領域における差動的ボルテックスのピンニングとクリープ）を用いて、指数的および線形のグルーピング後回復行動を説明。
• 超流動の連行効果とボルテックス活性化エネルギーを組み込み、グルーピング後の回復に線形応答モデルが妥当であるかを検証。
• 完全なボルテックスのピンニング解放を仮定した最大グルーピングサイズから得られる質量推定値と、熱的進化および超流動モデルからの推定値を比較。
• PSR J0537−6910およびヴェーラ・パルサーにおける観測されたグルーピング頻度と大きさを用いて、異なる物理的仮定のもとでの中性子星質量を制限。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルサーのグルーピングとして知られる突然の回転加速事象の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ2 なぜ異なるパルサーが、指数的減衰と比較して持続的な回転減速率の増加といった、異なるグルーピング後の行動を示すのか？
• RQ3 観測されたグルーピングパラメータは、中性子星の質量と状態方程式をどの程度制約するか？
• RQ4 超流動的およびクリスタル的性質の不確実性は、グルーピングデータから得られる質量推定値の信頼性にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 観測されたグルーピング集団は、中性子星のクリスタルにおけるボルテックスのピンニング解放によって説明可能か、それともコアの超流動の関与が不可欠か？

主な発見

• 180個以上のパルサーに520件以上のグルーピングが観測されており、最も頻繁にグルーピングを示すのは、1年あたり約3回の割合でグルーピングを繰り返すPSR J0537−6910である。
• カブ・パルサーは、Δν/ν ~ 7×10⁻⁹ の小さなグルーピングを示し、初期の90％の減衰後に10％の持続的増加を示すが、ヴェーラ・パルサーは初期の増加の約50％の減衰後に線形的上昇を示す。
• 最大グルーピングサイズの仮定に基づくヴェーラ・パルサーの質量推定値は1.35±0.08 M⊙である一方、熱的進化モデルからの推定値は1.51±0.04 M⊙であり、物理的モデル化における系統的不確実性が顕著に現れている。
• PSR J0537−6910では、グルーピングサイズモデルからの質量推定値が1.25±0.06 M⊙、熱的進化モデルからの推定値が1.83±0.04 M⊙に達するなど、超流動的およびクリスタル的物理学の不確実性により顕著な乖離が生じている。
• アルパールらのモデルによる差動的ボルテックスのピンニングは、多様なグルーピング後の行動を説明でき、弱くピンニングされた領域では指数的回復、強くピンニングされた領域では長期的な線形的増加を示す。
• 最近の線形応答モデルへの挑戦は、高いボルテックス活性化エネルギーが指数的回復を抑制する可能性を示唆し、グルーピング後の減衰を標準的解釈で理解することが疑問視されている。