[論文レビュー] Discovery of a Young Gamma-ray Pulsar Associated with an Extended TeV Gamma-ray Source

M. Dormody|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、Fermi-LATデータを用いた盲目的周波数探索によって発見された、PSR J1022-5746が報告されている。これは、4.6 kyrの年齢で最も若く、かつ放射電波がほとんどないガンマ線パルサーであり、そのエネルギーは最大である。パルサーは拡張したTeV源HESS J1023-575と空間的に一致しており、VHE放射を駆動している可能性を示唆している。X線および赤外線の多波長データによる裏付けも得られている。

ABSTRACT

Since its launch in June 2008, the Large Area Telescope (LAT), onboard the \emph{Fermi} Gamma-ray Space Telescope, has greatly added to our understanding of gamma-ray pulsars. Its fine point spread function and large effective area, combined with the time-differencing method, make it the first gamma-ray instrument capable of discovering a new population of gamma-ray pulsars. We will present the recent discovery of the youngest (~4600 yr) radio-quiet gamma-ray pulsar discovered in a blind frequency search so far: PSR J1022-5746, a pulsar associated with an extended TeV source. We also present multiwavelength observations of the source, including X-ray observations.

研究の動機と目的

• Fermi-LATデータを用いた盲目的周波数探索により、銀河平面に存在する新たなガンマ線パルサーを同定すること。
• 明るく拡張したTeV源HESS J1023-575の性質を解明し、その高エネルギー放射の起源を特定すること。
• 若く、エネルギーが大きく、電波がほとんどないガンマ線パルサーPSR J1022-5746のタイミングおよび放射特性を特徴づけること。
• X線、赤外線、電波対応体の多波長関連を調査し、パルサーの環境および距離を制約すること。
• パルサーの回転減速エネルギーと粒子加速が、拡張したTeV源を駆動する役割を果たすかを評価すること。

提案手法

• 計算負荷を低減し、高い回転減速率を示すパルサーの検出を可能にするために、ガンマ線光子の到着時刻における周期性を検出するための時間差分法を採用した。
• 11か月分のFermi-LATデータを用いた盲的な周波数探索を実施し、0.8°の半径を有する注目領域と、エネルギーが300 MeV以上の光子を対象とした。
• PSR J1022-5746のような大きなタイミング微係数を持つパルサーを検出可能にするために、回転減速（ḟ）および周波数の2階微分（f̈）の補正を適用した。
• Fermi-LAT P6v3機器応答関数を用いて、複数のエネルギー帯域における放射束およびスペクトルエネルギー分布を計算した。
• LAT源の位置をTeV、X線、赤外線データと照合し、関連性を特定するとともに、空間的一致度を評価した。
• Chandra X線データを分析し、パルサーから0.1′の角度距離に、やや明るいX線対応体CXOU J102302.8–574607が存在することを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高回転減速率と顕著なタイミングノイズを示す若く、電波がほとんどないガンマ線パルサーを、盲的な周波数探索で検出可能か？
• RQ2 拡張したTeV源HESS J1023-575の性質は何か？ そして、近接するエネルギーの高いパルサーによって駆動されているか？
• RQ3 X線、赤外線、電波の多波長環境は、PSR J1022-5746とHESS J1023-575との関連をどのように裏付けるか？
• RQ4 PSR J1022-5746のタイミングおよび放射特性は何か？ 他のガンマ線パルサーと比較してどう異なるか？
• RQ5 パルサーの回転減速放射の寄与は、HESS J1023-575で観測されたTeV放射にどの程度寄与しているか？

主な発見

• PSR J1022-5746は、4.6 kyrの年齢で最も若く、盲的な探索で発見された最もエネルギーの高いガンマ線パルサーであり、回転減速光度は1094.9 × 10^34 erg s⁻¹である。
• 高い回転減速率（ḟ = 30.9163 × 10⁻¹² Hz s⁻¹）と顕著な2階微分（f̈ = 6.49 × 10⁻²¹ Hz s⁻²）を示しており、高度なタイミング補正がなければ検出が困難である。
• 11か月間にわたる4365個の光子を用いたタイミング解法により、100 MeV以上のエネルギーで23.0 ± 2.6 × 10⁻⁸ cm⁻² s⁻¹の放射束が得られた。
• パルサーの位置は、X線源CXOU J102302.8–574607から0.1′以内に位置しており、吸収量から距離が10 kpc以上であると推定される。
• パルサーは拡張したTeV源HESS J1023-575の中心に位置し、LATで明るく観測された源からの空間的ずれはわずか18′であり、TeV放射領域内に位置している。
• 赤外線観測では、HESS源と一致する分子ジェットおよびアークが検出され、非等方的超新星爆発を示唆するものであり、パルサーの位置と年齢と整合的である。