[論文レビュー] RX J0720.4--3125 as a Possible Example of the Magnetic Field Decay of Neutron Stars

D. Konenkov, С. Б. Попов|CERN Bulletin|Jul 29, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、回転周期が8.38秒と非常に遅い孤立X線源RX J0720.4--3125は、抵抗率によるオーム損失を伴う中性子星の殻内磁場の崩壊によって最もよく説明されると提案している。磁場崩壊モデルと銀河間物質の降着を組み合わせた分析により、10^9〜10^10年間にわたり約10^6〜10^9 Gの速度で磁場が崩壊する場合、観測された周期と磁場強度を説明できることが示され、磁場崩壊が孤立中性子星の進化における重要なメカニズムである可能性が示唆されている。

ABSTRACT

We studied possible evolution of the rotational period and the magnetic field of the X-ray source RX J0720.4-3125 assuming this source to be an isolated neutron star accreting interstellar medium. Magnetic field of the source is estimated to be $10^6 - 10^9$ G, and it is difficult to explain observed rotational period 8.38 s without invoking hypothesis of the magnetic field decay. We used the model of ohmic decay of the crustal magnetic field. The estimates of accretion rate ($10^{-14} - 10^{-16} M_\odot/yr$), velocity of the source relative to interstellar medium ($10 - 50 $ km/s), neutron star age ($2\cdot 10^9 - 10^{10}$ yrs) are obtained.

研究の動機と目的

• 標準的な降着や回転加速モデルでは説明できない、孤立中性子星RX J0720.4--3125の異常に長い回転周期（8.38 s）を説明すること。
• 殻内磁場のオーム損失による崩壊モデルと整合するか、観測された磁場強度（約10^6–10^9 G）と回転周期が一致するかを検討すること。
• 磁場崩壊仮説と整合する降着率、銀河間物質に対する相対速度、および中性子星の年齢を推定すること。
• 標準的な回転加速メカニズムとは対照的に、孤立中性子星の進化を説明するための磁場崩壊モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• 導電性の殻内における抵抗率拡散方程式を用いて、中性子星の殻内磁場のオーム損失による崩壊をモデル化すること。
• 降着過程における角運動量保存の仮定の下で、磁場崩壊と回転進化を統合的に取り扱うこと。
• 観測されたX線放射度と周期をもとに、銀河間物質からの降着を仮定して降着率を制約すること。
• 期待される降着率と磁場強度に基づいて、源の銀河間物質に対する速度を推定すること。
• 観測された回転周期と磁場強度の制約を適用し、2×10^9〜10^10年という範囲の年齢推定値を導出すること。
• 理論的予測された周期と磁場の進化を観測データと比較し、モデルの整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RX J0720.4--3125における観測された8.38秒の回転周期は、顕著な降着による回転加速を仮定しなくても説明可能か？
• RQ2 10^6–10^9 Gの観測磁場強度は、中性子星の生涯にわたりオーム損失による崩壊モデルと整合するか？
• RQ3 観測されたX線放射度と周期に一致するためには、どの程度の降着率と銀河間物質に対する相対速度が必要か？
• RQ4 磁場崩壊モデルのもとで、観測された周期と磁場強度と整合する年齢範囲は何か？
• RQ5 この源の進化を説明するにあたり、磁場崩壊モデルは標準的な降着または減速モデルよりも優れた説明を提供できるか？

主な発見

• 標準的な降着モデルでは、磁場崩壊を含めない限り、RX J0720.4--3125の観測された回転周期8.38 sは説明できない。
• 中性子星の殻内におけるオーム損失による崩壊モデルは、10^6〜10^9 Gの磁場強度範囲で、観測された周期と磁場強度を説明可能である。
• 観測されたX線放射度と周期に一致するためには、降着率が10^{-14}〜10^{-16} M⊙/yrの範囲である必要がある。
• 源の銀河間物質に対する速度は、10〜50 km/sの範囲と推定される。
• 2×10^9〜10^10年という範囲の年齢は、磁場崩壊モデルと整合する。
• 本研究では、磁場崩壊がRX J0720.4--3125の遅い回転の妥当な説明であると結論づけ、標準的な回転加速メカニズムの代替として有効であると示唆している。