[论文解读] A Large Scale Magneto-ionic Fluctuation in the Local Environment of Periodic Fast Radio Burst Source, FRB 20180916B

Ryan Mckinven, B. M. Gaensler+24 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2022

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 7

一句话总结

本研究报告了周期性快速射电暴 FRB 20180916B 的法拉第旋转测量值（RM）出现大规模、长期上升——九个月内上升约 50 rad m⁻²——而色散测量值（DM）几乎保持不变。这表明源的磁化环境中磁场发生相干变化，可能与超新星遗迹或脉冲星风星云等动态电离介质有关，支持重复源 FRB 位于年轻、强磁化恒星环境中的观点。

ABSTRACT

Fast radio burst (FRB) source 20180916B exhibits a 16.33-day periodicity in its burst activity. It is as of yet unclear what proposed mechanism produces the activity, but polarization information is a key diagnostic. Here, we report on the polarization properties of 44 bursts from FRB 20180916B detected between 2018 December and 2021 December by CHIME/FRB, the FRB project on the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. In contrast to previous observations, we find significant variations in the Faraday rotation measure (RM) of FRB 20180916B. Over the nine month period 2021 April$-$2021 December we observe an apparent secular increase in $ m{RM}$ of $\sim 50 \; m{rad\, m^{-2}}$ (a fractional change of over $40\%$) that is accompanied by a possible drift of the emitting band to lower frequencies. This interval displays very little variation in the dispersion measure ($Δ m{DM}\lesssim 0.8\; m{pc\, cm^{-3}}$) which indicates that the observed RM evolution is likely produced from coherent changes in the Faraday-active medium's magnetic field. Burst-to-burst RM variations appear unrelated to the activity cycle phase. The degree of linear polarization of our burst sample ($\gtrsim 80\%$) is consistent with the negligible depolarization expected for this source in the 400-800 MHz bandpass of CHIME. FRB 20180916B joins other repeating FRBs in displaying substantial RM variations between bursts. This is consistent with the notion that repeater progenitors may be associated with young stellar populations by their preferential occupation of dynamic magnetized environments commonly found in supernova remnants, pulsar wind nebulae or near high mass stellar companions.

研究动机与目标

• 在为期三年的时间跨度内，研究 44 个 FRB 20180916B 爆发的偏振特性，以理解其辐射环境。
• 确定观测到的 RM 变化是否由局部介质中磁场强度或电子密度的变化引起。
• 评估法拉第旋转和去极化在约束 FRB 源附近物理条件中的作用。
• 将观测到的 RM 演化与源的 16.33 天活动周期关联，并检验是否存在相关性。

提出的方法

• 分析 CHIME/FRB 在 2018 年 12 月至 2021 年 12 月期间在 400–800 MHz 通带内探测到的 44 个 FRB 20180916B 爆发。
• 对每个爆发测量法拉第旋转测量值（RM）和色散测量值（DM），以追踪视线方向磁化等离子体中的变化。
• 比较 RM 和 DM 随时间的变化，以分离由磁场引起的变化与由电子密度引起的变化。
• 评估线性偏振度以评估去极化效应并约束辐射机制。
• 使用统计建模检测 RM 的长期趋势以及辐射频带可能的漂移。
• 与 16.33 天活动周期交叉比对，以检验偏振行为是否存在相位依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 FRB 20180916B 中观测到的 RM 变化是由于局部环境中磁场变化还是电子密度变化引起的？
• RQ2 RM 的长期上升是否与源的 16.33 天活动周期相关？
• RQ3 观测到的 RM 演化起源于何处？是否表明法拉第活性介质中发生了相干变化？
• RQ4 高线性偏振度（≥80%）如何约束源环境中的去极化机制？
• RQ5 RM 和 DM 的趋势对前身体系统的本质及其与年轻恒星群体的关联性有何启示？

主要发现

• FRB 20180916B 的法拉第旋转测量值（RM）在 2021 年 4 月至 12 月间增加了约 50 rad m⁻²，占原始值的 40% 以上。
• 色散测量值（DM）几乎保持不变，ΔDM ≤ 0.8 pc cm⁻³，表明 RM 的变化并非由电子密度变化引起。
• 观测到的 RM 演化与视线方向法拉第活性介质中磁场强度的相干变化一致。
• 爆发间 RM 变化与 16.33 天活动周期相位无相关性，表明 RM 趋势未受爆发活动周期调制。
• 高线性偏振度（≥80%）支持去极化程度较低，暗示辐射环境相对稳定且高度磁化。
• 结果与 FRB 20180916B 位于动态磁化环境（如超新星遗迹或脉冲星风星云）中的观点一致，这类环境通常与年轻恒星群体相关。