[論文レビュー] A Search for X-ray Counterparts of Radio Pulsars

Tobias Prinz, W. Becker|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 6被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、ATNFデータベース（バージョン1.54）の電波パルサー位置を、アーカイブのXMM-NewtonおよびチャンドラX線観測と系統的に相互相関させ、X線対応物を同定した。288個の電波パルサーのうち20例の新たなX線検出が報告され、それぞれ6例と23例のパルサーに対してスペクトルモデリングおよび放射束・温度の上限値が得られた。これらは中性子星の最小冷却仮説を支持する。

ABSTRACT

We describe a systematic search for X-ray counterparts of radio pulsars. The search was accomplished by cross-correlating the radio timing positions of all radio pulsars from the ATNF pulsar database (version 1.54) with archival XMM-Newton and Chandra observations publicly released by July 1st 2016. In total, 178 of the archival XMM-Newton observations and 213 of the archival Chandra datasets where found to have a radio pulsar serendipitously in the field of view. From the 288 radio pulsars covered by these datasets we identified 20 previously undetected X-ray counterparts. For 6 of them the statistics was sufficient to model the energy spectrum with one- or two-component models. For the remaining new detections and for those pulsars for which we determined an upper limit to their counting rate we computed the energy flux by assuming a Crab-like spectrum. Additionally, we derived upper limits on the neutron stars' surface temperature and on the non-thermal X-ray efficiency for those pulsars for which the spin-down energy was known. The temperature upper limits where compared with predictions from various neutron star cooling models and where found to be in agreement with the minimal cooling paradigm

研究の動機と目的

• アーカイブX線データを用いて、以前にX線で検出されていなかった電波パルサーのX線対応物を同定すること。
• クラブ様スペクトルを仮定して、検出されなかったパルサーのX線等価放射度およびエネルギー束流の上限値を制約すること。
• 既知のスピンダウン放射度を用いて、中性子星表面温度および非熱的X線効率の上限値を導出すること。
• 観測された温度上限値と照らし合わせて、理論的中性子星冷却モデルを検証すること。
• 異なるエネルギー帯域における回転駆動パルサーのX線効率をより深く理解すること。

提案手法

• ATNFパルサーデータベース（バージョン1.54）の電波パルサーのタイミング位置を、2016年7月1日までに公開されたすべてのXMM-Newtonおよびチャンドラ観測と相互相関させた。
• 178件のXMM-Newtonおよび213件のチャンドラデータセットに、少なくとも1つの電波パルサーが視野内に含まれていた。
• XMM-Newtonおよびチャンドラデータの標準的なX線データ還元パイプラインを用いて、源抽出およびバックグラウンドモデリングを実施した。
• 検出されたX線源を単一または二重成分モデル（例：ブラックボディおよびパワー・ロー）でフィットし、スペクトルパラメータを導出した。
• 検出されなかった源および信号対雑音比が不十分なパルサーに対しては、クラブ様スペクトルを仮定してエネルギー束流を計算した。
• スピンダウン放射度および観測されたフラックス上限値を用いて、表面温度および非熱的X線効率の上限値を算出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アーカイブのXMM-Newtonおよびチャンドラ観測において、以前に検出されていなかった電波パルサーのX線対応物はいくつ存在するか？
• RQ2 新たに検出されたX線パルサーのスペクトル的性質および放射束は何か？ また、標準的な放射成分でモデル化可能か？
• RQ3 中性子星表面温度の導出された上限値は、最小冷却モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ4 回転駆動パルサーの非熱的X線効率は何か？ また、以前の推定値と比較するとどうか？
• RQ5 観測されたX線フラックス上限値は、中性子星の最小冷却仮説を支持するか、あるいは矛盾するか？

主な発見

• 本研究では、アーカイブのXMM-Newtonおよびチャンドラ観測を対象とした288個の電波パルサーのうち、20例の以前に検出されていなかったX線対応物を同定した。
• 新たに検出されたうち6例のパルサーでは、信号対雑音比が十分に高く、ブラックボディ＋パワー・ローなどの1または2成分モデルによるスペクトルモデリングが可能であった。
• 残りの源については、クラブ様スペクトルを仮定してエネルギー束流の上限値を計算した。その値は $<1.0 \times 10^{-15}$ から $<1.6 \times 10^{-1}$ erg cm⁻² s⁻¹ の範囲にあった。
• 23個のパルサーに対して中性子星表面温度の上限値が導出され、その値は $<1.0 \times 10^{-5}$ から $<6.4 \times 10^{-1}$ eV の範囲にあり、最小冷却仮説と整合的であった。
• スピンダウン放射度が既知のパルサーに対して非熱的X線効率の上限値が計算され、以前の研究で観測された $L_X \rightarrow 10^{0.92} \tilde{E}$ のスケーリングと整合的であった。
• 導出された温度上限値を理論的冷却モデルと比較した結果、コープァー対の破壊および形成に起因するニュートリノ放出を含む最小冷却シナリオと一致した。