Observations of free precession of magnetars and estimation of their internal magnetic fields

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03653
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 牧島 一夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (20126163)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中澤 知洋 名古屋大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50342621)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 中性子星 / マグネター / 自由歳差運動 / 内部磁場 / 宇宙Ｘ線衛星

Outline of Annual Research Achievements

我々は２つのマグネター4U 0142+61および1E1547-54で、硬X線パルスがパルス周期の１万倍程度の長い周期で位相変調を受けていることを発見した。これは星内部に10の16乗に達するトロイダル磁場が内在し、その応力で星が0.01%ほど変形して自由歳差運動が起き、それと自転周期との「うなり」が数十ksecに現れたと解釈された。この発見をさらに推進するため、本研究では以下の３つの研究を行った。
第１の研究として、 硬X線感度のよい米国のNuSTAR衛星を用い、上記の発見の追確認を行った。4U 0142+61のアーカイブデータからは、55 ksecの位相変調が再確認され、「すざく」の観測時点に比べて変調振幅が1/5に減少していることを発見した。これは硬X線の発生領域が、自転軸の回りにより軸対称に近づいた結果と解釈される。結果は論文にまとめられ、間もなく投稿予定である。我々の観測提案に基づきNuSTARで取得された1E1547-54では、アウトバースト時に行われた「すざく」の時より強度が大幅に減少したが、8-25 keVエネルギー帯で36 ksecの位相変調を追認することに成功した。論文は準備中である。
第２は「すざく」のアーカイブを用い、自由歳差運動を行うマグネターの例を増やすことである。2009年と2010年に観測された自転周期 11.01秒のマグネター 1RXS J1708-40 のデータを解析した結果、2010年のデータから、周期 48 ksecで硬X線パルスの位相変調を検出することに成功した。こちらも論文を準備中である。
第３には、国際宇宙ステーション搭載MAXI装置などを用いていくつかの連星Ｘ線パルサーを観測し、光度とパルス周期変化率の相関を調べた結果、X Perseiなど数例は、マグネター並の超強磁場を持つ可能性が高まった。前駆的成果は論文として公表済。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Correlation between the luminosity and spin-period changes during outbursts of 12 Be binary pulsars observed by the MAXI/GSC and the Fermi/GBM (2017)
  • Author(s): Sugizaki, Mutsumi; Mihara, Tatehiro; Nakajima, Motoki; Makishima, Kazuo
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: id100, 21pp
  • DOI: 10.1093/pasj/psx119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetar Broadband X-Ray Spectra Correlated with Magnetic Fields: Suzaku Archive of SGRs and AXPs Combined with NuSTAR, Swift, and RXTE (2017)
  • Author(s): Enoto, Teruaki; Shibata, Shinpei; Kitaguchi, Takao; Suwa, Yudai; Uchide, Takahiko; Nishioka, Hiroyuki; Kisaka, Shota; Nakano, Toshio; Murakami, Hiroaki; Makishima, Kazuo
  • Journal Title: Astrophysical Journal Supplement Volume: 231 Pages: id.8, 21 pp
  • DOI: 10.3847/1538-4365/aa6f0a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of the progenitor of the magnetar 1E 2259+586 through Suzaku observations of the associated supernova remnant CTB 109 (2017)
  • Author(s): Nakano, Toshio; Murakami, Hiroaki; Furuta, Yoshihiro; Enoto, Teruaki; Masuyama, Miyu; Shigeyama, Toshikazu; Makishima, Kazuo
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: id.40,15 pp
  • DOI: 10.1093/pasj/psx012
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Be星X線連星パルサーにおける降着スピンアップ機構の系統的検証 (2018)
  • Author(s): 杉崎睦, 三原建弘, 中島基樹, 牧島一夫
  • Organizer: 日本物理学会2018年の春季年会 (東京理科大学野田キャンパス）
• [Presentation] Ghosh & Lamb 降着トルクモデルのX 線連星パルサーX Persei への適用 (2018)
  • Author(s): 谷田部史尭, 牧島一夫, 三原建弘, 杉崎睦, 高木利紘 中島基樹
  • Organizer: 日本天文学会2018年の春季年会 (千葉大学)
• [Presentation] 中性子星の新しい観測的手掛りの開拓 (2017)
  • Author(s): 牧島一夫
  • Organizer: 第６回「中性子星の核物質」研究会(2017/12/2,理研和光キャンパス)
  • Invited
• [Presentation] マグネター級の強磁場をもつＸ線連星パルサー：X Perseiと4U 0114+65 (2017)
  • Author(s): 牧島一夫
  • Organizer: 「中性子星の観測と理論」研究活性化ワークショップ 2017(11/23,国立天文台)
• [Presentation] Ｘ線による中性子星の観測 (2017)
  • Author(s): 牧島一夫
  • Organizer: 「X線天体と元素合成を中心とする宇宙核物理研究会」(2017/7/20, 理研和光)
  • Invited
• [Presentation] Do Long-Period Binary Pulsars Have Stronger Magnetic Fields than Ordinary Accretion- Powered Pulsars? (2017)
  • Author(s): Makishima, K , Takagi, T , Mihara, T , Sugizaki, M , Yatabe, F , Sasano, M , Nakazawa, K , Nakajima, M.
  • Organizer: European Week of Astronomy and Space Science (2017/6/30, Prague)
  • Int'l Joint Research