[论文解读] Millisecond extragalactic radio bursts as magnetar flares

С. Б. Попов, К. А. Постнов|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用 63

一句话总结

该论文提出，毫秒级河外无线电暴（FRB）起源于磁星的超耀发——即高度磁化的中子星——其依据是与观测到的FRB流量、色散量和发生率的一致性。该模型解释了FRB的能量输出、统计特性以及在M31中观测到的多次爆发事件，认为这些现象源于较弱的磁星耀发，其射电辐射由相对论性电浆和感应散射驱动，且得到观测到的流量标度和爆发率的支持。

ABSTRACT

Properties of the population of millisecond extragalactic radio bursts discovered by Thornton et al. (2013) are in good correspondence with the hypothesis that such events are related to hyperflares of magnetars, as was proposed by us after the first observation of an extragalactic millisecond radio burst by Lorimer et al. (2007). We also point that some of multiple millisecond radio bursts from M31 discovered by Rubio-Herrera et al. (2013) also can be related to weaker magnetar bursts.

研究动机与目标

• 解释在宇宙学距离探测到的快速射电暴（FRB）起源于磁星超耀发。
• 将观测到的FRB流量、色散量和发生率与磁星活动的理论预测相协调。
• 探究M31中多次毫秒级射电爆发是否可归因于较弱的、重复性的磁星耀发。
• 评估低光度磁星耀发的X/伽马射线对应体的可探测性，这些对应体可能因持续时间短且光子计数低而被遗漏。

提出的方法

• 利用射电亮度温度的标度律和感应散射模型，模拟短时标射电爆发在相对论性电浆中的传播。
• 应用SGR耀发的光度标度（L ∼ 10^39–10^40 erg s⁻¹）估算宇宙学距离上磁星耀发产生的射电流量。
• 将预测的FRB发生率（20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）与观测到的发生率（在3 Gpc范围内约10⁴ d⁻¹）进行比较，以验证磁星耀发模型。
• 分析FRB宿主星系中的色散量（500–1000 cm⁻³ pc），将其与典型磁星宿主中富含气体和尘埃的星形成区域联系起来。
• 评估短时标（~0.1 s）和低光子计数条件下，弱磁星耀发的X/伽马射线对应体的可探测性。
• 将预期的射电爆发能量分布（dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶）与未来对M31爆发的观测进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的FRB流量和红移能否由宇宙学距离上磁星超耀发解释？
• RQ2 观测到的FRB发生率是否与星系中磁星超耀发的预测发生率一致？
• RQ3 M31中多次毫秒级射电爆发是否可归因于较弱的、重复性磁星耀发，而非暂现源？
• RQ4 为何M31中低光度磁星耀发的X/伽马射线对应体即使具有潜在可探测的流量，仍可能未被探测到？
• RQ5 M31中观测到的射电爆发能量分布是否与已知SGR爆发指数（dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶）一致？

主要发现

• 在600 Mpc距离处，光度为L = 10⁴⁷ erg s⁻¹的磁星超耀发可产生约30 Jy的射电流量，与观测到的FRB流量一致。
• 观测到的FRB发生率（约10⁴ d⁻¹，覆盖3 Gpc）与磁星超耀发的预测发生率（20–100 d⁻¹ Gpc⁻³）一致。
• FRB色散量（500–1000 cm⁻³ pc）可自然地通过与宿主磁星的星形成星系关联来解释。
• M31中多次毫秒级射电爆发（流量约1–4 Jy）具有相似的色散量，可能起源于光度为L ~ 10³⁹–10⁴⁰ erg s⁻¹的较弱磁星耀发。
• M31磁星发生L ~ 10³⁹–10⁴⁰ erg s⁻¹的X/伽马射线耀发时，由于持续时间短（~0.1 s）且光子计数低，可能未被探测到。
• SGR耀发的预期射电爆发能量分布dN/dE ∼ E⁻¹.⁶⁶与未来对M31爆发的观测结果一致。