[论文解读] Antiglitch Inconsistent With Magnetar Model of AXP

J. I. Katz|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 29被引用 7

一句话总结

本文认为，AXP 1E 2259+586中观测到的反跳变——表现为突然的自转减速——与标准磁星模型相矛盾，后者仅预测自转加速的跳变。相反，作者提出反跳变是由逆行物质吸积或增强的推进器效应所致，通过超新星爆发后残留物质的吸积，解释了自转减速及其变化的减速率，与观测到的X射线流量增加和角动量转移一致。

ABSTRACT

The recently observed antiglitch of AXP 1E 2259+586 is inconsistent with magnetar models, but may be explained as the consequence of sudden accretion of retrograde matter or "propeller" interaction with surrounding matter. AXP/SGR are explained as single neutron stars accompanied by fallback matter from their natal supernovae. Their phenomenology may be partly accretional and partly the result of dissipation of magnetic energy.

研究动机与目标

• 解决AXP 1E 2259+586中观测到的反跳变与磁星模型预测之间的不一致。
• 研究角动量相反的物质吸积是否能解释突然的自转减速及随后的减速率增加。
• 评估吸积模型相较于磁能耗散模型，在解释AXP/SGR自转演化与X射线辐射方面的可行性。
• 评估AXP中观测到的变速自转减速率是否更宜用时间可变的吸积力矩而非稳定的磁偶极自转减速来解释。

提出的方法

• 利用Archibald等人（2013年）的观测数据，分析AXP 1E 2259+586中的反跳变事件，重点关注自转减速率的变化与X射线流量演化。
• 应用角动量转移方程，估算吸积的逆行物质的质量与能量：ΔE = |Δω|Ω_NS I_NS / ℓ。
• 使用特定角动量ℓ ≈ 4×10¹⁷ cm²/s及中子星参数（I_NS ≈ 10⁴⁵ g·cm²，Ω_NS ≈ 10²⁰ erg/g），计算得出吸积质量ΔM ≈ 10²¹ g，能量ΔE ≈ 10⁴¹ erg。
• 将观测到的X射线流量增量（1.5×10⁻¹¹ erg/cm²-s）与预测的吸积光度进行比较，发现与模型一致。
• 将反跳变后自转减速率的增加视为增强的推进器效应或可变吸积力矩的证据，而非平衡弛豫。
• 将吸积模型扩展至SGR 1900+14与SGR 1806-20的巨发爆发，比较角动量变化与吸积预期。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何AXP 1E 2259+586中的反跳变与仅预测自转加速跳变的标准磁星模型相矛盾？
• RQ2 观测到的自转减速及随后的减速率增加能否由逆行物质吸积或瞬时推进器效应解释？
• RQ3 反跳变后观测到的X射线流量增量是否与逆行物质吸积释放的能量一致？
• RQ4 若SGR 1900+14与SGR 1806-20的巨发爆发由相似机制驱动，为何其角动量变化不一致？
• RQ5 AXP中可变的自转减速率是否可归因于随时间变化的吸积力矩，而非稳定的磁偶极自转减速？

主要发现

• AXP 1E 2259+586中的反跳变，Δω ≈ -3×10⁻⁷/s，与磁星模型不一致，后者无法在单一旋转系统中不违反角动量守恒的情况下解释自转减速事件。
• 观测到的自转减速及随后的减速率增加，最合理的解释是吸积了角动量ℓ ≈ 4×10¹⁷ cm²/s的逆行物质，推算出吸积质量ΔM ≈ 10²¹ g，能量ΔE ≈ 10⁴¹ erg。
• 反跳变后X射线流量增量（约1.5×10⁻¹¹ erg/cm²-s）与推断的能量释放所预测的吸积光度一致。
• 至2012年底自转减速率恢复至反跳变前水平，支持了该吸积事件的瞬时性，且无长期耦合变化。
• SGR 1900+14（1998年8月）的巨发爆发，δω ≈ -1×10⁻⁴/s，与释放约10⁴⁴ erg能量的巨量吸积反跳变一致；而SGR 1806-20的更大爆发则表现出不一致的自转变化，暗示机制不同。
• AXP中可变的自转减速率更宜用时间可变的吸积力矩解释，而非稳定的磁偶极自转减速，挑战了可从自转减速率推断磁偶极矩的假设。