[论文解读] Glitch analysis and braking index determination of the unique source PSR J0537-6910

Onur Akbal, Erbil Gügercinoğlu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2021

Magnetic confinement fusion research参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究利用涡旋蠕动模型重新分析了高度活跃脉冲星 PSR J0537–6910 中的 45 个跳变事件，以确定超流体特性及固有自转减慢行为。通过消除跳变引起的持久性频移，作者得出真实的刹车指数为 n = 2.7(4)，与中子星内部动力学一致，并排除了显著引力波辐射的可能性。

ABSTRACT

PSR J0537$-$6910 is the most active glitching pulsar with a glitch rate $\sim0.3$ yr $^{-1}$. We have reanalysed 45 glitches of PSR J0537$-$6910 published in the literature and have done post-glitch timing fits within the vortex creep model. Moment of inertia fractions of the superfluid regions participating in glitches are obtained for each event and the model predictions for the inter-glitch time are confronted with the observed time-scales. Similarities and differences with the glitching behaviours of the well studied Crab and Vela pulsars are highlighted. From superfluid recoupling time-scales we estimate an inner crust temperature of $T=0.9 imes10^{8}$ K for PSR J0537$-$6910. It is found that PSR J0537$-$6910 glitches leave behind persistent shifts similar to those observed from the Crab pulsar. These persistent shifts are responsible for the long term increase of the spin-down rate of PSR J0537$-$6910 and the apparent negative trend in its braking. Glitch magnitudes and persistent shifts of PSR J0537$-$6910 are consistent with the scenario that this is a young pulsar in the process of developing new vortex traps. We determine a braking index $n=2.7(4)$ after glitch induced contributions to the rotational evolution have been removed.

研究动机与目标

• 解决频繁且剧烈的跳变导致的 PSR J0537–6910 刹车指数测量模糊性。
• 通过分离并去除瞬态与持久性跳变贡献，确定 PSR J0537–6910 的固有自转减慢律。
• 利用跳变后计时拟合结果，在涡旋蠕动模型框架下约束中子星内部结构与超流体动力学。
• 通过与蟹状星 pulsar 和 Vela pulsar 的跳变行为对比，探究 PSR J0537–6910 的演化状态。

提出的方法

• 使用涡旋蠕动模型进行跳变后计时拟合，以提取每次跳变中涉及的超流体区域的转动惯量分数。
• 采用一种新方法，消除由跳变引起的持久性自转速率增加，以隔离其本征旋转演化。
• 利用跳变大小与下次跳变时间之间的相关性（Δν/Δν̇ ∝ tg），推断涡旋陷阱与非线性蠕动区域的特性。
• 基于再耦合 timescales 和微观物理参数，估算内壳层温度 T = 0.9 × 10⁸ K。
• 计算核心中张量磁场对转动惯量的贡献为 I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³，涡旋-磁通管钉扎能为 E_v-Φ = 4.32 MeV。
• 在修正跳变引起的自转速率增量后，推导出真实的刹车指数 n = 2.7(4)。

实验结果

研究问题

• RQ1 在去除跳变引起的瞬态与持久性贡献后，PSR J0537–6910 的固有刹车指数是多少？
• RQ2 PSR J0537–6910 中的超流体特性与涡旋动力学与蟹状星 pulsar 和 Vela pulsar 相比如何？
• RQ3 基于跳变重复性与再耦合 timescales，PSR J0537–6910 的内壳层温度是多少？
• RQ4 持久性跳变后自转速率偏移在多大程度上解释了长期计时数据中观测到的表观负刹车指数？
• RQ5 PSR J0537–6910 中观测到的跳变相关性是否可用涡旋蠕动模型解释？它们对中子星地壳结构有何启示？

主要发现

• 在消除持久性跳变引起的自转速率增加后，PSR J0537–6910 的真实刹车指数为 n = 2.7(4)。
• 跳变后自转速率的持久性偏移解释了 |ν̇| 长期增加的现象，从而解释了表观负刹车指数。
• 基于再耦合 timescales 与模型拟合，估算 PSR J0537–6910 的内壳层温度为 T = 0.9 × 10⁸ K。
• 涡旋蠕动模型拟合结果与年轻、高温中子星一致，其中非线性蠕动区域（I_A）与蟹状星相似，涡旋陷阱区域（I_B）则类似于 Vela pulsar。
• 核心中张量磁场线的体积分数为 I_tor/I = (7 ± 2) × 10⁻³，涡旋-磁通管钉扎能为 E_v-Φ = 4.32 MeV。
• Δν/Δν̇ ∝ t_g 的强相关性（相关系数 0.95）支持涡旋蠕动模型，并表明在年轻脉冲星中涡旋陷阱形成过程正在演化。