[论文解读] RX J0720.4--3125 as a Possible Example of the Magnetic Field Decay of Neutron Stars

D. Konenkov, С. Б. Попов|CERN Bulletin|Jul 29, 1997

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 5

一句话总结

本文提出，RX J0720.4--3125 是一个孤立的X射线源，其自转周期缓慢（8.38秒），最合理的解释是中子星地壳磁场通过欧姆耗散而衰减。结合磁场衰减模型与星际吸积，作者发现，在10^9至10^10年的时间尺度内，磁场衰减速率约为10^6–10^9 G，可与观测到的自转周期和磁场强度相一致，表明磁场衰减是孤立中子星演化中的关键机制。

ABSTRACT

We studied possible evolution of the rotational period and the magnetic field of the X-ray source RX J0720.4-3125 assuming this source to be an isolated neutron star accreting interstellar medium. Magnetic field of the source is estimated to be $10^6 - 10^9$ G, and it is difficult to explain observed rotational period 8.38 s without invoking hypothesis of the magnetic field decay. We used the model of ohmic decay of the crustal magnetic field. The estimates of accretion rate ($10^{-14} - 10^{-16} M_\odot/yr$), velocity of the source relative to interstellar medium ($10 - 50 $ km/s), neutron star age ($2\cdot 10^9 - 10^{10}$ yrs) are obtained.

研究动机与目标

• 解释孤立中子星RX J0720.4--3125的异常长自转周期（8.38秒），该周期无法用标准吸积或自转加速模型解释。
• 研究观测到的磁场强度（约10^6–10^9 G）和自转周期是否与地壳磁场通过欧姆耗散衰减的模型一致。
• 估算与磁场衰减假说一致的吸积率、相对于星际介质的速度以及中子星年龄。
• 检验磁场衰减模型作为标准自转加速机制的替代方案，在解释孤立中子星演化方面的可行性。

提出的方法

• 使用导电地壳中的电阻扩散方程，对中子星地壳磁场的欧姆衰减进行建模。
• 在吸积过程中角动量守恒的假设下，将磁场衰减与自转演化相结合。
• 利用观测到的X射线光度和自转周期，假设来自星际介质的吸积，约束吸积率。
• 基于预期的吸积率和磁场强度，估算源相对于星际介质的速度。
• 应用观测到的自转周期和磁场强度的约束，推导出年龄范围为2×10^9至10^10年。
• 将理论预测的周期和磁场演化与观测数据进行比较，以评估模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不引入显著吸积诱导自转加速的前提下，RX J0720.4--3125的观测自转周期8.38秒是否可以得到解释？
• RQ2 观测到的10^6–10^9 G的磁场强度是否与中子星寿命内欧姆衰减模型一致？
• RQ3 为匹配观测到的X射线光度和自转周期，所需的吸积率和相对于星际介质的速度是多少？
• RQ4 在磁场衰减模型下，与观测到的自转周期和磁场强度一致的年龄范围是什么？
• RQ5 与标准吸积或自转减慢模型相比，磁场衰减模型是否为该源提供更优的解释？

主要发现

• 除非包含磁场衰减，否则标准吸积模型无法解释RX J0720.4--3125的观测自转周期。
• 中子星地壳中的欧姆衰减模型可解释磁场强度在10^6至10^9 G范围内的观测周期和磁场强度。
• 为匹配观测到的X射线光度和自转周期，需要的吸积率为10^{-14}至10^{-16} M⊙/yr。
• 源相对于星际介质的速度估计在10至50 km/s之间。
• 2×10^9至10^10年的中子星年龄与磁场衰减模型一致。
• 研究结论认为，磁场衰减是RX J0720.4--3125自转缓慢的合理解释，为标准自转加速机制提供了一个可行的替代方案。