[論文レビュー] Constraints on the Parameters of the Unseen Pulsar in the PWN G0.9+0.1 from Radio, X-Ray, and VHE Gamma-Ray Observations

C. Venter, O. C. de Jager|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2006

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、G0.9+0.1における銀河中心の超新星残骸内の見えないパルサーのパrametersを、時間に依存する電子エネルギースペクトル注入モデルを用いて制約している。スピンダウンパワーの時間的変化とネーブラー磁場の減衰を組み込んだモデルである。初期スピンダウン光度は約2.5×10³⁸ erg/s、現在の光度は約7.4×10³⁶ erg/sであり、X線観測と整合的で、標準パルサーの磁場強度約5×10¹² Gを示唆している。

ABSTRACT

Radio, X-ray, and HESS gamma-ray observations of the Galactic Center (GC) composite supernova remnant SNR G0.9+0.1 are used to constrain a time-dependent injection model of the downstream electron spectrum responsible for the total multiwavelength spectrum. The effect of spindown power evolution aswell as nebular field evolution is employed to reproduce the present-day multiwavelength spectrum. Assuming a nebular magnetic field decay model of typical HESS-type pulsar wind nebulae (PWN), ending with a present-day field strength of 6muG, we obtain an initial spindown power of ~ 10E+38 ergs/s if we assume a birth period and age of 43ms and 6,500 yr respectively to reproduce the properties of the SNR shell. This gives a present-day spindown power of ~ 10E+37 ergs/s, which agrees well with the present-day spindown power derived from X-ray observations.

研究の動機と目的

• G0.9+0.1におけるパルサー風ネbula（PWN）を駆動する見えないパルサーの物理的パrametersを、多波長観測を用いて制約すること。
• スピンダウンパワーの時間的変化と磁場減衰を考慮した相対論的電子の時間に依存する注入をモデリングすること。
• シンクロtron放射および逆コンプトン放射プロセスを用いて、電波から非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線にまで及ぶ観測されたスペクトルエネルギー分布（SED）を再現すること。
• 導出されたパルサーパrametersが独立したX線およびガンマ線測定と整合的であるかを検証すること。
• 電波、X線、VHEガンマ線バンドにおけるフィットの質を評価し、現在のモデル性能の限界を特定すること。

提案手法

• 時間に依存する電子エネルギースペクトルの注入モデルが用いられ、注入率Q(t)はPWNの年齢T = 6,500 yrの間で変化する。
• スピンダウンパワーの時間的変化は、初期周期P₀ = 43 msと、現在の光度から導かれたスピンダウン timescale を用いてモデル化される。
• ネーブラー磁場は初期値から時間とともに減少し、現在の強度は6 μGに達する。これはH.E.S.S.-タイプのPWNモデルと整合的である。
• 粒子エネルギーの制約は2つの条件により適用される：(1) 電磁的バックリアクションによるエネルギー損失（式7）、(2) 現在の年齢まで生存する条件（式8）。
• 全現在の光子スペクトルは、すべての過去の注入エポックからの寄与を統合することで計算され、シンクロtron放射および逆コンプトン放射を含む。
• モデルのフィットは、電波、X線、VHEガンマ線データの全範囲でχ²に類似たテスト統計量を用いて評価され、最良のパラメータはχ_totの最小化により決定される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたG0.9+0.1の多波長SEDを再現するには、どの初期スピンダウン光度とスペクトルブレークエネルギーが必要か？
• RQ2 ネーブラー磁場の時間的変化が、電波およびガンマ線の観測フラックスとのモデル整合性にどのように影響するか？
• RQ3 導出された現在のスピンダウンパワーは、独立したX線測定とどの程度一致するか？
• RQ4 なぜ現在のモデルでは電波バンドのフィットが特に悪いのか、そしてそれを改善するパラメータは何か？
• RQ5 中心パルサーの推定磁場およびスピン周期は何か？それらは標準パルサーの特性と一致するか？

主な発見

• 最良のフィットにおける初期スピンダウン光度はL₀ ≈ 2.5×10³⁸ erg/s、スペクトルブレークエネルギーはE_b ≈ 8×10⁻³ ergsである。
• 現在のスピンダウン光度はL(T) ≈ 7.4×10³⁶ erg/sであり、X線から推定された値約1.5×10³⁷ erg/sと約50%以内で整合的である。
• モデルはPWNの寿命を通じて総エネルギー出力E_tot ≈ 4.9×10⁴⁸ ergsを予測し、観測推定値と整合的である。
• 推定されたパルサー極磁場はB_PC ≈ 5×10¹² Gであり、標準パルサーの典型的な値である。
• 電波バンドでは最も悪いフィット（χ = 2.2）を示しており、電波放射または初期条件のモデリング改善が求められる。
• 全バンドへの総合的フィットはテスト統計量χ_tot = 2.4を示し、中程度の全体的一致性を示しているが、特に電波バンドで持続的な不一致が顕在化している。