[論文レビュー] Fermi pulsar revolution

P. A. Caraveo|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2010

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、フェルミ-LATミッションがガンマ線パルサー天文学に与えた変容的影響を記錣し、盲検索と標的的電波追従観測を通じて、2年間でガンマ線放射ニュートロニクル星の検出数が7から56に急増したことを明らかにした。電波非放射パルサーおよびミリ秒パルサーの発見は、パルサー族を根本的に再編し、ほぼ等比の代表を示す3つの主要な亜群に分類し、高高度でビーム状の放射を示す外部ギャップメカニズムによるものであることが示され、従来の放射モデルに挑戦した。

ABSTRACT

2009 has been an extraordinary year for gamma-ray pulsar astronomy and 2010 promises to be equally good. Not only have we registered an extraordinary increase in the number of pulsars detected in gamma rays, but we have also witnessed the birth of new sub-families: first of all, the radio-quiet gamma pulsars and later an ever growing number of millisecond pulsars, a real surprise. We started with a sample of 7 gamma-ray emitting neutron stars (6 radio pulsars and Geminga) and now the Fermi-LAT harvest encompasses 24 "Geminga-like" new gamma-ray pulsars, a dozen millisecond pulsars and about thirty radio pulsars. Moreover, radio searches targeted to LAT unidentified sources yielded 18 new radio millisecond pulsars, several of which have been already detected also in gamma rays. Thus, currently the family of gamma-ray emitting neutron stars seems to be evenly divided between classical radio pulsars, millisecond pulsars and radio quiet neutron stars.

研究の動機と目的

• フェルミ-LATミッションの打ち上げに続くガンマ線パルサー検出の前例のない急増を記錣すること。
• 特に電波非放射型およびミリ秒パルサーを含む新しいパルサー亜群の出現が、ガンマ線放射メカニズムに関する従来の仮定にどのように挑戦しているかを調査すること。
• 新しいパルサー集団が放射モデル、ビーム因子、および多波長観測がパルサーを同定する役割に与える影響を評価すること。

提案手法

• 特に弱く電波非放射の源に適した、希釈光子データに特化した新アルゴリズムを用いた、盲検索によるガンマ線パルサー振動検出。
• X線源の位置座標を用いて光子到着時刻にバリセントリック補正を施し、未同定源における周期性を検出する。
• フェルミ-LATが未同定とした源に対して標的的電波追従観測を実施し、電波パルサー、特にミリ秒パルサーを検出する。
• ベラ、カブ、ゲミンガなどの明るいパルサーに対して位相分解スペクトル解析を実施し、放射幾何学的形状とスペクトル形状を制約する。
• 46個のパルサーのスペクトルをパワー則＋指数カットオフモデルにフィットさせ、放射領域の高度とビーム因子を評価する。
• dispersion メジャー、列指向吸収、またはパララックスを用いた距離推定値を用い、ガンマ線全放射度を計算し、放射度-エネルギー損失相関を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波非放射ガンマ線パルサーの性質は、電波強放射型およびミリ秒パルサーと比較して、放射度およびスペクトル形状の点でどのように異なるか？
• RQ2 ベラのような明るいパルサーにおける観測されたガンマ線光曲線およびスペクトルカットオフを説明するのに、外部ギャップモデルは果たす役割は何か？
• RQ3 低磁場であるにもかかわらず、なぜミリ秒パルサーは検出可能なガンマ線を放出できるのか？その背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ4 パルサーのガンマ線光曲線は、その電波プロファイルとどの程度一致するか？これは放射ビーム幾何学にどのような含意を持つのか？
• RQ5 ガンマ線パルサーの真のビーム因子は何か？それは放射度推定値および放射度-エネルギー損失関係の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• フェルミ-LATミッションは2010年までに56個のガンマ線パルサーを検出した。これは以前の合計7個から急増したもので、そのうち17個がガンマ線選択パルサー、29個が電波検出パルサーであった。
• CTA 1で最初に検出された電波非放射パルサーは、主要な亜群として確認された。16個のパルサーが、エグレット誤差領域の盲検索によって発見された。
• ミリ秒パルサーは顕著な集団として現れた。ガンマ線で8個が検出されたが、これは低磁場が高エネルギー放射を妨げるという仮定に反するものであった。
• ベラパルサーのスペクトルは、1.36 ± 0.15 GeVで指数カットオフを伴うパワー則で最もよくフィットし、極域モデルではなく外部ギャップ放射モデルを支持する。
• ガンマ線光曲線は通常二峰性を示し、ピーク間隔は位相で0.4～0.6の範囲にある。ほとんどの場合、ガンマ線ピークは電波ピークと一致しない。
• 放射度-回転エネルギー損失関係には大きな散らばりがあり、ミリ秒パルサーはより急峻に、電波非放射パルサーはよりなだらかに進化している。これは、ビーム因子や放射メカニズムにばらつきがある可能性を示唆している。