[論文レビュー] A BeppoSAX observation of the X-ray pulsar 1E 2259+586 and the supernova remnant G109.1-1.0 (CTB 109)

A. N. Parmar, T. Oosterbroek+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 1997

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、7秒のX線パルサー1E 2259+586とその関連超新星残骸G109.1-1.0（CTB 109）のBeppoSAX観測を報告する。パルサーのスペクトルに恒久的な0.44 keVブラックボディ成分が確認され、SNRのX線放射は約15–20 M☉のやや化学的に豊富な、取り囲まれた周囲惑星物質由来であり、非平衡イオン化年齢は約3000年、温度は0.95 keVであることが判明した。

ABSTRACT

The 7 s X-ray pulsar 1E2259+586 and the supernova remnant (SNR) G109.1-1.0 (CTB 109) were observed by BeppoSAX in 1996 November. The pulse period of 6.978914 +/- 0.000006 s implies that the source continues its near constant spin-down trend. The 0.5-10 keV pulse shape is characterized by a double peaked profile, with the amplitude of the second peak ~50% of that of the main peak. The pulse profile does not exhibit any strong energy dependence. We confirm the ASCA discovery of an additional low-energy spectral component from 1E2259+586. This can best be modeled as a 0.44 keV blackbody, but we cannot exclude that some, or all, of this emission arises from the part of the SNR that lies within the pulsar's extraction region. The spectrum of G109.1-1.0 is well fit with a non-equilibrium ionization plasma model with a best-fit temperature of 0.95 keV. The derived mass for the X-ray emitting plasma (~15-20 solar masses) and its near cosmic abundances imply that the X-ray emission comes mainly from mildly enriched, swept-up circumstellar material. The spectrum is strongly out of equilibrium with an ionization age of only 3000 yr. This age is in good agreement with that derived from hydrodynamic simulations of the SNR using the above X-ray temperature.

研究の動機と目的

• 7秒パルサー1E 2259+586とその関連超新星残骸G109.1-1.0（CTB 109）のX線放射特性を調査すること。
• ASCATが事前に検出した低エネルギースペクトル成分の起源を特定すること。
• 超新星残骸内のX線放射プラズマの物理的状態（温度、イオン化状態、質量）を特徴づけること。
• 得られたイオン化年齢が、観測されたX線温度に基づく残骸の進化に関する流体力学的モデルと整合しているかを評価すること。

提案手法

• 1996年11月にBeppoSAX衛星を用いて、1E 2259+586およびG109.1-1.0の深宇宙X線観測を実施した。
• 0.5–10 keVエネルギー帯域におけるパルスプロファイルを解析し、エネルギー依存性の変動を調査し、パルス形状の特徴を特定した。
• パワーロウとブラックボディ成分の組み合わせを用いてパルサーのスペクトルをフィットし、低エネルギー放射特徴を分離した。
• 非平衡イオン化（NEI）プラズマモデルを用いてSNRスペクトルをモデリングし、温度、イオン化年齢、元素の過剰度を導出した。
• 流体力学的シミュレーションと組み合わせて、得られた温度とイオン化年齢からX線放射プラズマの質量を推定した。
• 低エネルギー成分の空間的広がりを評価し、パルサーとSNRの寄与を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1E 2259+586のスペクトルに検出された0.44 keVブラックボディ成分の性質と起源は何か？
• RQ2 1E 2259+586のパルスプロファイルはエネルギーに依存してどのように変化するか？また、強いスペクトルの軟化を示すか？
• RQ3 超新星残骸G109.1-1.0内のX線放射プラズマの物理的状態（温度、イオン化年齢、質量）は何か？
• RQ4 得られたSNRのイオン化年齢は、観測されたX線温度に基づく流体力学的モデルの進化と整合的か？
• RQ5 観測されたSNRのX線放射のどの程度が、超新星爆発時に取り囲まれた周囲惑星物質由来であるか？

主な発見

• 1E 2259+586のパルス周期は6.978914 ± 0.000006 sであり、継続的な回転減速傾向が確認された。
• パルスプロファイルは二重ピーク構造を示し、第二ピークは主ピークの約50％の振幅であり、強いエネルギー依存性は認められなかった。
• 0.44 keV付近の低エネルギースペクトル成分が確認され、ブラックボディで最もよくフィットするが、その起源はパルサーか周囲のSNRかは依然として不明である。
• SNRスペクトルは非平衡イオン化プラズマモデルでよくフィットし、最良適合温度は0.95 keV、イオン化年齢は約3000年であった。
• X線放射プラズマの質量は約15–20太陽質量であり、わずかに化学的に豊富な、取り囲まれた周囲惑星物質と整合的であった。
• 3000年間のイオン化年齢は、観測されたX線温度に基づく流体力学的シミュレーションと良好に一致しており、若く進化中の残骸のモデルを支持するものであった。