[論文レビュー] High Speed Phase-Resolved 2-d UBV Photometry of the Crab pulsar

Aaron Golden, A. Shearer+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、ロシアの特殊宇宙物理学観測所に設置された6m望遠鏡のTRIFFID装置を用いて、クレブスパulsarの高時間分解能・位相分解能2次元UBV光度測定を実施した。1 μsの時間分解能を達成し、パルサー発光をネビュラ背景から分離した。ピークおよびブリッジ成分の光度曲線幅と輝度が、光子エネルギーが高くなるにつれて減少することが確認された。主な光学ピークのプラトーは≤55 μsに制限され、ギャンブ・パルスや60秒周期のモード変動の証拠は見つからなかった。

ABSTRACT

We report a phase-resolved photometric and morphological analysis of UBV data of the Crab pulsar obtained with the 2-d TRIFFID high speed optical photometer mounted on the Russian 6m telescope. By being able to accurately isolate the pulsar from the nebular background at an unprecedented temporal resolution (1 μs), the various light curve components were accurately fluxed via phase-resolved photometry. Within the $UBV$ range, our datasets are consistent with the existing trends reported elsewhere in the literature. In terms of flux and phase duration, both the peak Full Width Half Maxima and Half Width Half Maxima decrease as a function of photon energy. This is similarly the case for the flux associated with the bridge of emission. Power-law fits to the various light curve components are as follows; α= 0.07 \pm 0.19 (peak 1), α= -0.06 \pm 0.19 (peak 2) and α= -0.44 \pm 0.19 (bridge) - the uncertainty here being dominated by the integrated CCD photometry used to independently reference the TRIFFID data. Temporally, the main peaks are coincident to \le 10 μs although an accurate phase lag with respect to the radio main peak is compromised by radio timing uncertainties. The plateau on the Crab's main peak was definitively determined to be \leq 55 μs in extent and may decrease as a function of photon energy. There is no evidence for non-stochastic activity over the light curves or within various phase regions, nor is there evidence of anything akin to the giant pulses noted in the radio. Finally, there is no evidence to support the existence of a reported 60 second modulation suggested to be as a consequence of free precession.

研究の動機と目的

• ネビュラ背景からの発光成分を分離するため、クレブスパルサーの高時間分解能・位相分解能光学光度測定を実施すること。
• 光学光度曲線の絶対到着時刻をラジオパルスに対して特定し、エネルギー帯域ごとの時間遅れを評価すること。
• 光度曲線の形態のエネルギー依存性を調査し、ピーク幅と輝度を含め、非確率的発光特徴の有無を検証すること。
• 自由前進に関連する長周期モード変動（例：60秒）や光学的ギャンブ・パルスの証拠を調査すること。
• 非熱的発光の理論的モデルを制約するための高精度な輝度測定値を提供すること。

提案手法

• ロシアの特殊宇宙物理学観測所に設置された6m望遠鏡のTRIFFID 2次元高時間分解能光度計を用い、同時にUBVバンドの観測を実施した。
• 1 μsの時間分解能を達成し、個々のパルサーパルスを解像し、ネビュラ背景から区別した。
• 複数のパルス周期にわたる光度曲線を位相畳み込み、空間的および時間的フィルタリングを用いてパルサー輝度を背景から分離することで、位相分解光度測定を実施した。
• ピーク1、ピーク2、ブリッジの各発光成分に対して累乗則フィッティングを適用し、UBVバンド全域でのスペクトル指数を決定した。
• CCD光度測定の統合を用いてTRIFFIDの輝度比を基準付け・補正したが、この基準の不確実性が精度を制限した。
• ラジオエフェマリスおよびラジオタイミング解を用いて、光学、X線、ラジオパルス間の相対的時間遅れを特定するための相互相関解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UBVバンドにおける光子エネルギーの増加に伴い、光学光度曲線成分の全波幅半値（FWHM）および輝度はどのように変化するか？
• RQ2 光学主ピークの絶対的時間遅れはラジオ主パルスに対してどの程度で、X線およびγ線ピークと比較するとどうなるか？
• RQ3 ラジオ観測で見られるように、光学バンドに非確率的発光特徴（例：ギャンブ・パルス）の証拠があるか？
• RQ4 光学光度曲線にプラトーが存在するか。もしあるならば、その持続時間は何か。また、エネルギー依存性はあるか？
• RQ5 自由前進モデルが示唆する60秒周期のモード変動が、光学光度曲線に見られるか？

主な発見

• 主光学ピーク2つおよび発光ブリッジのFWHMと半値半幅（HWHM）は、光子エネルギーが高くなるにつれて減少し、発光領域がエネルギー依存していることを示唆している。
• 主光学ピークのプラトーは明確に≤55 μsに制限され、高エネルギー帯で幅が減少する可能性があるというエネルギー依存性の兆候も示唆されている。
• 光度曲線成分の累乗則スペクトル指数は、ピーク1でα = 0.07 ± 0.19、ピーク2でα = -0.06 ± 0.19、ブリッジでα = -0.44 ± 0.19であり、不確実性は主に基準光度測定に起因している。
• 主光学ピークはラジオパルスに対して+79.2 ± 10 μsの遅れを示し、ラジオタイミング誤差により総合的な不確実性が±60 μsにまで及ぶ。これは光学がラジオパルスに遅れて到着していることを示している。
• 光学バンドにギャンブ・パルスのような非確率的発光特徴の証拠は確認されず、自由前進に起因する60秒周期のモード変動の証拠も見つからなかった。
• 光学光度曲線はX線およびγ線主ピークと整合的であり、X線ピークはラジオパルスに対して約264 μs先行しているが、光学はX線に遅れており、絶対的タイミングはラジオエフェマリスの誤差により不確実のままである。