SGR和FRB的關(guān)聯(lián)

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(guī)則的間隔發(fā)射大量的伽馬射線和X射線。據(jù)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(fā)現(xiàn)了強(qiáng)大的伽馬射線爆發(fā)。由于太陽系中不同位置的許多接收器在略微不同的時(shí)間看到爆發(fā)，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(shí)間的推移，很明顯這不是正常的伽馬射線爆發(fā)[3]。在柔和的伽馬射線和硬X射線范圍內(nèi)，光子的能量較低，并且反復(fù)爆發(fā)來自同一區(qū)域。

關(guān)鍵詞：軟伽馬中繼器

NASA馬歇爾太空飛行中心大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)（USRA）的天文學(xué)家Chryssa Kouveliotou決定測試軟伽馬中繼器是磁星的理論。根據(jù)該理論，爆發(fā)會(huì)導(dǎo)致物體減慢其旋轉(zhuǎn)速度[1]。1998年，她仔細(xì)比較了軟伽瑪中繼器SGR 1806-20的周期性。自1993年以來，這段時(shí)間增加了0.008秒，她計(jì)算出這可以用磁場強(qiáng)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(xué)界，軟伽馬中繼器確實(shí)是磁星。[5]雖然證明了SGR是磁星，但是在它的爆發(fā)機(jī)制和模型這一部分還處于空白。SGR的爆發(fā)時(shí)間很短，通常只有幾毫秒，爆發(fā)出來的能量是以高亮度高頻率的形式在瞬時(shí)時(shí)間內(nèi)向外輻射，這和快速射電暴（Fast Radio Burst，簡稱FRB）FRB 121102的爆發(fā)形式很像，就提出了將FRB和SGR聯(lián)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(guān)的意見。本文研究了可能在產(chǎn)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(xué)’的距離10-4，F(xiàn)RB和最強(qiáng)大的SGR一樣強(qiáng)大，所以這一來自SGR和FRB的過程不一定是有效的”。最近發(fā)現(xiàn)的將線性極化和法拉第旋轉(zhuǎn)合而為一FRB加強(qiáng)了宇宙學(xué)距離的論證（Masui，et al.2015）。[5]FRB的旋轉(zhuǎn)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(nèi)的場：

這比典型的螺旋星系（Widrow，2002年）低一個(gè)數(shù)量級(jí)，比密集云或直接運(yùn)中的和立場少幾個(gè)數(shù)量級(jí)星星的環(huán)境。它表明絕大多數(shù)的分散發(fā)生在星系間介質(zhì)，其中納米高斯或較弱的場是預(yù)期的，并證實(shí)了推論“宇宙論”距離。這意味著FRB的功率可能高達(dá)（Thornton，2013），并需要相應(yīng)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(fā)是由磁層中經(jīng)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(gè)固體地殼產(chǎn)生的在脆性斷裂模型中發(fā)現(xiàn)脆性物體的一般失效（Katz 1986；Bak，Tang&Wiesenfeld 1987）現(xiàn)在稱為“自組織臨界”。上面的現(xiàn)象把SGR和FRB聯(lián)系了起來，接下來我在SGR到FRB中會(huì)應(yīng)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(qū)分開來，這樣的存在局限于密集的部。

1 SGR和FRB之間的聯(lián)系和區(qū)別

FRB和SGR有三個(gè)截然不同的相似之處：

1.1空間占有數(shù)因數(shù)：它們的占有數(shù)因數(shù)，定義：D=2/，其中F（t）是通量，量化源發(fā)出接近其峰值通量的時(shí)間的分?jǐn)?shù)是非常低的：對(duì)于SGR至少一個(gè)FRB。

1.2時(shí)間尺度：FRB的固有時(shí)間持續(xù)時(shí)間尚未測量，但是Thornton等人發(fā)現(xiàn)幾個(gè)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(dǎo)致寬度達(dá)到約為10 ms，通過多徑傳播來擴(kuò)展，并且只有上屆可以放在內(nèi)在的脈沖寬度之上。[7]這與大型SGR爆發(fā)的上升時(shí)間一致：上升時(shí)間1979年3月5日SGR 0525-66的爆發(fā)（Cline 1980；Cline，et al.1980），Palmer等人報(bào)告（2005年）稱2004年12月27日巨人的突然上升時(shí)間為300微秒，199年8月27日，他們公布的數(shù)據(jù)表明為200微秒，而SGR 1806-20和SGR 1900+14的耀斑上升時(shí)間（Hurley，et al.1999），早期的爆發(fā)上升時(shí)間（Mazets，Golenetskii & Gur’yan 1979）。這些時(shí)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(fā)射以及一些脈沖星的脈沖和子脈沖；GRB持續(xù)時(shí)間和子脈沖時(shí)間尺度都是。

1.3重復(fù)：SGR以復(fù)雜的不規(guī)則模式重復(fù)，并且活動(dòng)時(shí)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(rèn)為是重復(fù)，而且是多重的，最近發(fā)現(xiàn)了FRB 121102的重復(fù)（Spitler，et al.2016）具有不規(guī)則的間距，這讓人想起了SGR 1806-20的活動(dòng)（Laros，et al.1987）。FRB不是災(zāi)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(cè)是FRB的爆發(fā)圖像[13]右側(cè)是SGR的爆發(fā)圖像，表現(xiàn)出來的都是突然的高亮度的爆發(fā)，持續(xù)時(shí)間都很短，但是他們又有不同，比如在不同的波段。