Observational Estimates of Magnetic Fields inside Neutron Stars

中子星内部磁场的观测估计

• 批准号: 21K03624
• 负责人: 牧島 一夫
• 金额: $ 1.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03624/
• 关键词: 中性子星; マグネター; 磁場; 自由歳差運動; Ｘ線; ガンマ線連星; X線; 宇宙X線

マグネターと呼ばれる一群の中性子星(NS)は、典型的なNSより２桁も高い、Bd～10^14 Gに達する双極子磁場をもち、それらの内部には、さらに２桁も強いトロイダル磁場が潜むと考えられる。このトロイダル磁場は星の外部に顔を出さないため、その強度Btの観測的推定は困難を極める。しかし我々は、強いBtがNSを縦長に変形させると、NSの自転軸がふらつく「自由歳差運動」が起き、結果として周期Pでの自転パルスの位相が長い周期Tで変調されること、２つの周期の比P/Tが変形を与えてくれること、またそこからBtが推定できることに世界で初めて着想した。本課題は、硬X線公開データを用い、この研究を大幅に進展させ、マグネターのトロイダル磁場に関する知識を大きく前進させることを目的とする。２年目に当たる2022年度は、以下の成果を得た。1. Ｘ線衛星「あすか」により1999年に観測されたガンマ線連星LS 5039のアーカイブデータを解析することで、「すざく」とNuSTARで得られていた約9秒のパルスを再確認し、ほぼ一定のスピンダウンが続いていることを明らかにした。結果として、このコンパクト天体がマグネータであるという描像を強化し、それが磁気変形している可能性を論じた。2. 昨年度に「すざく」、「あすか」、およびNuSTARの公開データを用い、代表的マグネターSGR 1806-20からT=17 ksec の位相変調を発見した。また25年間にPの増加に比例しTも延びていることを見出し、自由歳差運動という解釈を強化できた。本年度はこの豊かな結果の論文化の作業を進めた。3. これまでに6天体から同様な効果が検出された。昨年度に続き、それらのBt/Bd比を求めることで、時間とともにこの比が増加すること、したがってトロイダル磁場は双極子磁場より長く維持されることを突き止め、その研究成果を内外の研究会で発表した。

一组被称为磁星的中子星（NS）的偶极子磁场达到 Bd~10^14 G，比典型的中子星高两个数量级，而且它们内部还有一个更强的环形磁场它被认为是隐藏的。由于这种环形磁场不会出现在恒星外部，因此通过观测来估计其强度 Bt 极其困难。然而，我们发现，当强Bt使NS变形为垂直拉长形状时，会发生“自由进动”，其中NS的旋转轴会摆动，结果，周期为P的旋转脉冲的相位被调制为他是世界上第一个认识到两个周期的比率 P/T 会产生变形的人，并且可以据此估计 Bt。该项目的目的是通过使用公开的硬 X 射线数据来显着推进这项研究，并极大地增进我们对磁星环形磁场的了解。第二年即2022财年，取得了以下成果。 1、通过分析X射线卫星“飞鸟”1999年观测到的伽马射线双星LS 5039的档案数据，我们再次确认了“朱雀”和NuSTAR获得的大约9秒的脉冲，发现它几乎与很明显，一定程度的停转仍在继续。结果，我们强化了这个致密物体是磁体的想法，并讨论了它正在发生磁变形的可能性。 2. 去年，我们利用朱雀、飞鸟和 NuSTAR 的公开数据，从代表性磁星 SGR 1806-20 发现了 T=17 ksec 的相位调制。我们还发现，在 25 年的时间里，T 的增加与 P 的增加成比例，这加强了对自由进动的解释。今年，我们一直致力于在论文中发表这些丰富的成果。 3. 迄今为止，已在六个天体中检测到类似效应。继去年之后，通过测定它们的Bt/Bd比率，我们发现这个比率随着时间的推移而增加，因此环形磁场比偶极子磁场维持的时间更长。这项研究的结果在国内的研究会议上发表了国外也这么做了。

项目成果

Discovery of 41 ks hard X-ray Pulse-Phase Modulations from SGR 1900+14

发现 SGR 1900 的 41 ks 硬 X 射线脉冲相位调制 14

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac28fd
• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuo Makishima; Tsubasa Tamba; Yuki Aizawa; Hirokazu Odaka; Hiroki Yoneda; Teruaki Enoto; Hiromasa Suzuki
• 通讯作者: Hiromasa Suzuki

マグネター SGR 1900+14の硬X線パルス位相変調：エネルギー依存性の発見

磁星 SGR 1900+14 的硬 X 射线脉冲相位调制：发现能量依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 牧島一夫;丹波 翼;會澤優輝;小高裕和;米田浩基;榎戸輝揚
• 通讯作者: 榎戸輝揚

目からウロコの物理学１

大开眼界的物理1

• 发表时间: 2022
• 作者: 牧島 一夫

Novel Clues to the Physics of Magnetars as Probed with Detailed Pulse-Timing Studies

通过详细的脉冲定时研究探索磁星物理学的新线索

• DOI: 10.1017/s1743921322000473
• 发表时间: 2022
• 作者: Makishima; K.
• 通讯作者: K.

Novel Clues to the Physics of Magnetars as Probed with Detailed Pulse-Timing Studies

通过详细的脉冲定时研究探索磁星物理学的新线索

• 发表时间: 2021
• 作者: MAKISHIMA; Kazuo
• 通讯作者: Kazuo