SGR和FRB的關聯

彭奇

摘 要：軟伽馬中繼器（Soft Gamma Repeaters，簡稱SGR）是一種天文物體，它以不規則的間隔發射大量的伽馬射線和X射線。據推測，它們是一種磁星，或者是中子星，周圍有化石盤。1979年3月5日發現了強大的伽馬射線爆發。由于太陽系中不同位置的許多接收器在略微不同的時間看到爆發，其方向可以確定，并且它被證明來自大麥哲倫星云中的超新星殘余附近。隨著時間的推移，很明顯這不是正常的伽馬射線爆發[3]。在柔和的伽馬射線和硬X射線范圍內，光子的能量較低，并且反復爆發來自同一區域。

關鍵詞：軟伽馬中繼器

NASA馬歇爾太空飛行中心大學空間研究協會（USRA）的天文學家Chryssa Kouveliotou決定測試軟伽馬中繼器是磁星的理論。根據該理論，爆發會導致物體減慢其旋轉速度[1]。1998年，她仔細比較了軟伽瑪中繼器SGR 1806-20的周期性。自1993年以來，這段時間增加了0.008秒，她計算出這可以用磁場強度為8×1010特斯拉（8×1014高斯）的磁力來解釋。這足以說服國際天文學界，軟伽馬中繼器確實是磁星。[5]雖然證明了SGR是磁星，但是在它的爆發機制和模型這一部分還處于空白。SGR的爆發時間很短，通常只有幾毫秒，爆發出來的能量是以高亮度高頻率的形式在瞬時時間內向外輻射，這和快速射電暴（Fast Radio Burst，簡稱FRB）FRB 121102的爆發形式很像，就提出了將FRB和SGR聯系起來。

FRB和SGR是一宗罕見的短暫的事件。但是許多人（Popov & Postnov 2007，2013；Kulkarni，et al.2014；Lyubarsky 2014；Kulkarni，Ofek& Neill 2015；Pen & Connor 2015；Katz 2016）注意到了這種事件的相似性，并提出了FRB和SGR可能相關的意見。本文研究了可能在產生FRB的過程中釋放的磁場能量可以為SGR提供能量。“在‘宇宙學’的距離10-4，FRB和最強大的SGR一樣強大，所以這一來自SGR和FRB的過程不一定是有效的”。最近發現的將線性極化和法拉第旋轉合而為一FRB加強了宇宙學距離的論證（Masui，et al.2015）。[5]FRB的旋轉測量110523為-186rad/m2，表示視線積分：

與623pc cm-3的色散測量值相比，得到了電子密度---平均平行視線范圍內的場：

這比典型的螺旋星系（Widrow，2002年）低一個數量級，比密集云或直接運中的和立場少幾個數量級星星的環境。它表明絕大多數的分散發生在星系間介質，其中納米高斯或較弱的場是預期的，并證實了推論“宇宙論”距離。這意味著FRB的功率可能高達（Thornton，2013），并需要相應的能量來源。SGR，被觀察到具有同樣高的能量如 （Hurley，et al.2005）可以滿足這一要求。

被普遍接受的爆發是由磁層中經此能量的消散引起的磁化中子星（“磁星模型）（Katz 1982；Thompson & Duncan 1992，1995；Katz 1996）。[9]Thompson&Duncan（1995）建議說，罕見的SGR巨型耀斑是由破裂傳播到整個固體地殼產生的在脆性斷裂模型中發現脆性物體的一般失效（Katz 1986；Bak，Tang&Wiesenfeld 1987）現在稱為“自組織臨界”。上面的現象把SGR和FRB聯系了起來，接下來我在SGR到FRB中會應用長壽冠狀電流理論。這些電流是中子星形成的遺物，它們的壽命是一致的，隨著SGR的推斷年齡并表明FRB同樣年輕。磁層電流將這些磁星與電流所在的中子星區分開來，這樣的存在局限于密集的部。

1 SGR和FRB之間的聯系和區別

FRB和SGR有三個截然不同的相似之處：

1.1空間占有數因數：它們的占有數因數，定義：D=2/，其中F（t）是通量，量化源發出接近其峰值通量的時間的分數是非常低的：對于SGR至少一個FRB。

1.2時間尺度：FRB的固有時間持續時間尚未測量，但是Thornton等人發現幾個FRB的測量儀器限制上限約為1毫秒。其他一些FRB因其正比于v-4頻率依賴而導致寬度達到約為10 ms，通過多徑傳播來擴展，并且只有上屆可以放在內在的脈沖寬度之上。[7]這與大型SGR爆發的上升時間一致：上升時間1979年3月5日SGR 0525-66的爆發（Cline 1980；Cline，et al.1980），Palmer等人報告（2005年）稱2004年12月27日巨人的突然上升時間為300微秒，199年8月27日，他們公布的數據表明為200微秒，而SGR 1806-20和SGR 1900+14的耀斑上升時間（Hurley，et al.1999），早期的爆發上升時間（Mazets，Golenetskii & Gur’yan 1979）。這些時間尺度短于任何其他已知的天文事件，除了通過聚合黑洞的引力波發射以及一些脈沖星的脈沖和子脈沖；GRB持續時間和子脈沖時間尺度都是。

1.3重復：SGR以復雜的不規則模式重復，并且活動時段穿插在更長的靜止期間。[6]FRB 121002的雙脈沖，子脈沖分開大約2 ms（Thornton 2013；Champion，et al.2015），這可能被認為是重復，而且是多重的，最近發現了FRB 121102的重復（Spitler，et al.2016）具有不規則的間距，這讓人想起了SGR 1806-20的活動（Laros，et al.1987）。FRB不是災難性事件，它們破壞了它們的來源，類似于SGR而不是FRB。

在上圖中做[3]左側是FRB的爆發圖像[13]右側是SGR的爆發圖像，表現出來的都是突然的高亮度的爆發，持續時間都很短，但是他們又有不同，比如在不同的波段。