[论文解读] Central compact objects, superslow X-ray pulsars, gamma-ray bursts: do they have anything to do with magnetars?

Hao Tong, W. Wang|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文主张'磁星'一词被错误地应用于多个脉冲星系统，包括中心致密天体（CCOs）、极慢X射线脉冲星以及伽马射线暴中心引擎。文章认为，尽管这些天体具有强表面偶极磁场，但其辐射并非由磁能驱动，而是由自转或吸积提供能量，因此并非真正的磁星——磁星的定义特征是磁能驱动的活动。

ABSTRACT

Magnetars and many of the magnetar-related objects are summarized together and discussed. It is shown that there is an abuse of language in the use of "magnetar". Anomalous X-ray pulsars and soft gamma-ray repeaters are well-known magnetar candidates. The current so called anti-magnetar (for central compact objects), accreting magnetar (for superslow X-ray pulsars in high mass X-ray binaries), and millisecond magnetar (for the central engine of some gamma-ray bursts), they may not be real magnetars in present understandings. Their observational behaviors are not caused by the magnetic energy. Many of them are just neutron stars with strong surface dipole field. A neutron star plus strong dipole field is not a magnetar. The characteristic parameters of the neutron stars for the central engine of some gamma-ray bursts are atypical from the neutron stars in the Galaxy. Possible signature of magnetic activities in accreting systems are discussed, including repeated bursts and a hard X-ray tail. China's future hard X-ray modulation telescope may contribute to finding some magnetic activities in accreting neutron star systems.

研究动机与目标

• 挑战将'磁星'一词广泛用于不表现出磁能驱动活动的脉冲星的现状。
• 阐明具有强表面偶极磁场的脉冲星与真正磁星之间的区别，后者必须以磁能活动作为定义特征。
• 重新评估中心致密天体、极慢X射线脉冲星及伽马射线暴中心引擎被归类为'反磁星'、'吸积磁星'或'毫秒磁星'的分类问题。
• 主张这些天体更应被理解为由自转或吸积驱动的高场脉冲星，而非磁能驱动。
• 提出未来观测，尤其是中国硬X射线调制望远镜，可能在吸积系统中探测到磁活动的特征信号。

提出的方法

• 分析已知磁星候选体（AXPs和SGRs）的观测特性，作为真正磁星行为的基准。
• 比较AXPs/SGRs与CCOs、极慢脉冲星及伽马射线暴中心引擎在计时、谱型和变光特性上的异同。
• 利用周期-周期导数图和谱型建模，评估磁能与自转或吸积能量在驱动辐射中的作用。
• 评估伽马射线暴模型所需的磁场强度和初始自转周期，发现其与典型银河系脉冲星参数不一致。
• 提出重复X射线爆发和硬X射线谱尾可能作为吸积系统中磁活动的决定性证据。
• 利用来自X射线、射电和伽马射线观测的现有数据，对比无磁活动的高场脉冲星与真正磁星。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么特征能将真正的磁星与仅具有强表面偶极磁场的脉冲星区分开？
• RQ2 为何尽管中心致密天体的壳层磁场推算值很高，仍不被视作磁星？
• RQ3 在大质量X射线双星中的极慢X射线脉冲星，能否基于现有观测归类为吸积磁星？
• RQ4 伽马射线暴中毫秒磁星模型所需的参数是否与已知银河系脉冲星群体一致？
• RQ5 哪些观测特征可证实吸积中脉冲星系统的磁活动？

主要发现

• 只有异常X射线脉冲星和软伽马射线重复暴是确认的磁星候选体，因为它们的辐射由磁能驱动并表现出强烈变异性。
• 中心致密天体（CCOs）并非反磁星；它们缺乏磁活动，应更准确地描述为具有高表面偶极磁场的孤立脉冲星。
• 极慢X射线脉冲星很可能由吸积驱动，而非磁能，因此不应称为'吸积磁星'。
• 某些伽马射线暴的中心引擎需要非典型参数，如初始自转周期59 ms和表面偶极磁场10^17 G，与典型银河系脉冲星参数不符。
• 具有强表面偶极磁场（例如~10^14 G）的脉冲星不一定是磁星；它可能只是由自转能量驱动的高场脉冲星。
• 中国未来的硬X射线调制望远镜可能探测到吸积系统中的硬X射线谱尾或重复爆发，为磁活动提供证据。