[論文レビュー] Long-term Monitoring of Accreting Pulsars with Fermi GBM

Mark H. Finger, E. Beklen+10 more|ArXiv.org|Dec 19, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用数 16

ひとこと要約

本論文は、フェルミGBMを用いた17個の降着パルサーの長期モニタリングキャンペーンを提示する。経験的バックグラウンド除去と、即時の応答行列計算を用いて、17のシステムにわたるパルスの検出と追跡を実施した。研究では、トルクの入れ替え、ランダムウォークに類似した周波数の進化、混合型の噴出、多様な回転行動が明らかとなり、降着物理学および連星系における角運動量移動の理解に寄与した。

ABSTRACT

Using the Gamma ray Burst Monitor (GBM) on Fermi we are monitoring accreting pulsar systems. We use the rates from GBM's 12 NaI detectors in the 8-50 keV range to detect and monitor pulsations with periods between 0.5 and 1000 seconds. After discussing our analysis approach we present results for individual sources from the first year of monitoring. Updated figures for these and other sources are available at http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/science/pulsars/ .

研究の動機と目的

• フェルミGBMの全天カバレッジを活用し、降着パルサーの継続的かつ長期的なモニタリングシステムを構築すること。
• 銀河平面にわたる毎日のブラインドサーチを実施し、未知または新たに活性化したパルサーを検出すること。
• 源固有のパルスサーチを用いて、既知の源におけるスピン周波数、パルスフラックス、パルスプロファイルの進化を正確に追跡すること。
• Be/X線連星、ディスク駆動スーパージャイアント、LMXBを含む多様なパルサー系におけるスピン進化と降着駆動トルク行動を研究すること。
• 専用のウェブポータルを通じて、17の検出システムの公開可能で最新の光曲線と周波数履歴を提供すること。

提案手法

• フェルミGBMのNaI検出器計数率データをスクリーニングし、燐光、バースト、粒子イベント、および衛星の急激な回転が続く区間を除外した。
• 明るい源成分と、残渣バックグラウンドに統計的に制約を加えたスプラインを用いたモデルを用い、検出器固有のパrameterを含む経験的バックグラウンド除去を実施した。
• フェルミの姿勢と幾何学的変化を反映するため、時間に依存する検出器応答行列を即時計算した。
• 残渣率とモデル予測率（フラックス変動ΔFkでスケーリング）を比較するχ²統計量を最小化することで、変動するフラックス成分を推定した。
• 24の源方向にわたる銀河平面に沿ったFFTベースの方法を用い、毎日ブラインドサーチを実施した（周波数範囲：1 mHz ～ 2 Hz）。
• バーゲンターサイズ補正および軌道補正時刻を用いた源固有のパルスサーチを実施し、短いデータ区間で位相ずらしとプロファイル合算を繰り返して感度を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 降着パルサーのスピン周波数とパルスフラックスは、変動する降着に応じて長期間（数年）にわたりどのように進化するか？
• RQ2 Cen X-3 や OAO 1657-415 のようなディスク駆動スーパージャイアントパルサーで観測されるトルクの入れ替え行動を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ3 Vela X-1 や GX 301-2 のようなウィンド駆動スーパージャイアントパルサーのスピン進化は、ディスク駆動系やLMXB系と比較してどのように異なるか？
• RQ4 GX 1+4 や Her X-1 のような恒常的LMXBのスピンダウンまたはスピンアップ率の長期的傾向は何か？また、フラックスとどのように相関するか？
• RQ5 GBMモニタリングシステムは、リアルタイムで一時的噴出や新規パルサーを検出可能か？また、ブラインドサーチと源固有サーチ戦略の感度はどのように比較できるか？

主な発見

• GBMモニタリングシステムは、未知の公軌道周期を有する4つの遷移的パルサーを含め、17の降着パルサー系を正常に検出した。
• Cen X-3 は、フラックスとは単純に相関しない、スピンアップとスピンダウン状態を交互に繰り返す恒常的トルクの入れ替えを示した。これは、複雑な降着ディスクダイナミクスを示唆している。
• Vela X-1 は、白色トルクノイズ（ランダムウォーク）に類似したスピン周波数の進化を示した。これは、日食を伴うウィンド駆動降着の特徴的特性である。
• OAO 1657-415 はトルクの入れ替え行動を示した。これは、星風から安定した降着ディスクが形成されたことを示唆しており、Vela X-1 とは異なった挙動である。
• EXO 2030+375 は、通常のタイプI噴出行動を示し、噴出中に徐々にスピンアップした。一方、A 1118-615 は、1回の巨大タイプII噴出を示した。
• A 0535+26 は、タイプIおよびIIの混合行動を示し、複数回の通常噴出に続き、観測時刻時点で進行中の巨大噴出が観測された。