[论文解读] On the Distance of SGR 1935+2154 Associated with FRB 200428 and Hosted in SNR G57.2+0.8

Shu-Qing Zhong, Zi-Gao Dai+2 more|arXiv (Cornell University)|May 22, 2020

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 24被引用 10

一句话总结

本文通过结合银河系、磁星风星云和超新星遗迹（SNR）的色散量（DM）贡献，假设磁星SGR 1935+2154与超新星遗迹G57.2+0.8存在物理关联，估算其距离为 $9.0 \pm 2.5$ kpc，超新星遗迹半径为10–18 pc，与先前研究一致，并估算局部法拉第旋转量为 $\

ABSTRACT

Owing to the detection of an extremely bright fast radio burst (FRB) 200428 associated with a hard X-ray counterpart from the magnetar soft gamma-ray repeater (SGR) 1935+2154, the distance of SGR 1935+2154 potentially hosted in the supernova remnant (SNR) G57.2+0.8 can be revisited. Under the assumption that the SGR and the SNR are physically related, in this Letter, by investigating the dispersion measure (DM) of the FRB contributed by the foreground medium of our Galaxy and the local environments and combining with other observational constraints, we find that the distance of SGR 1935+2154 turns out to be $9.0\pm2.5\,$kpc and the SNR radius falls into $10$ to $18\,$pc since the local DM contribution is as low as $0-18\,$pc cm$^{-3}$. These results are basically consistent with the previous studies. In addition, an estimate for the Faraday rotation measure of the SGR and SNR is also carried out.

研究动机与目标

• 使用色散量（DM）约束重新评估SGR 1935+2154到超新星遗迹G57.2+0.8的物理关联距离。
• 评估超新星遗迹半径和局部环境DM贡献与观测数据的一致性。
• 利用偏振数据和理论模型估算超新星遗迹环境的法拉第旋转量（RM）贡献。
• 利用多波段约束协调SGR与超新星遗迹之间相互矛盾的距离估计。

提出的方法

• 利用FRB 200428的观测DM值（332.7 pc cm⁻³），将其分解为银河系（DM_Gal）、磁星风星云（DM_MWN）和超新星遗迹（DM_SNR）的贡献。
• 应用YMW16银河系电子密度模型，计算DM_Gal作为距离D的函数。
• 基于磁星属性（B_p, P, μ_±）的理论模型计算DM_MWN，基于恒定ISM或星风环境中的超新星遗迹演化模型计算DM_SNR。
• 利用能量密度关系和超新星遗迹膨胀模型，推导超新星遗迹半径和DM_SNR，变化爆炸能量和周围介质密度。
• 利用Piro & Gaensler（2018）形式化方法估算RM_SNR，涵盖ISM和星风情景，将其与磁能分数和爆炸能量关联。
• 将预测的RM值与SGR 1935+2154的观测RM值（+112.3 rad m⁻²）以及G57.2+0.8的前景RM值（+223 ± 2 rad m⁻²）进行比较，以推断局部RM贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 若SGR 1935+2154与超新星遗迹G57.2+0.8存在物理关联，且FRB 200428与磁星相关，则其距离是多少？
• RQ2 银河系、磁星风星云和超新星遗迹的DM贡献如何共同约束SGR的距离？
• RQ3 在合理的超新星遗迹演化模型下，预期的超新星遗迹半径和DM_SNR贡献是多少？
• RQ4 在观测到的RM值下，超新星遗迹环境的法拉第旋转量（RM）贡献是多少？
• RQ5 结果与先前来自射电、X射线以及HI/CO测量的距离估计相比如何？

主要发现

• 基于DM分解和观测约束，估算SGR 1935+2154的距离为 $9.0 \pm 2.5$ kpc。
• 超新星遗迹半径被限制在 $10$ 至 $18$ pc之间，与SGR约 $3.6$ kyr的年龄和与超新星遗迹的物理关联一致。
• 超新星遗迹的DM贡献估算为 $0$ 至 $18$ pc cm⁻³，具体取决于周围介质密度和爆炸能量。
• 超新星遗迹环境的局部法拉第旋转量（RM）贡献估算为 $\sim -110$ rad m⁻²，暗示在ISM情景下爆炸能量约为 $\sim (1-5) \times 10^{51}$ erg。
• 结果与先前来自HI、CO和X射线观测的距离估计一致，支持SGR 1935+2154与超新星遗迹G57.2+0.8之间的物理关联。
• 星风情景下RM值较低（$<8$ rad m⁻²），但ISM情景更符合观测到的RM值，因此更支持超新星遗迹处于恒定ISM环境。