[論文レビュー] Observations of Isolated Neutron Stars with the ESO Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator

R. Mignani, R. Falomo+11 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2008

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、VLT/MAD機器を用いて、X線が弱く孤立した中性子星（XDINS）と磁気星の間の進化的な関係を検証するため、2つの孤立中性子星RX J0420.0−5022およびRX J1856.5−3754に対して、Ksバンドの深紫外赤外（NIR）観測を実施した。高い感度にもかかわらず、両源とも検出されず、それぞれKs ~ 21.5およびKs ~ 20の3σ限界が得られた。これは、NIR放射メカニズムを制約し、磁気星-XDINS関係を検証するためには、より深い観測が必要であることを示唆している。

ABSTRACT

High-energy observations have unveiled peculiar classes of isolated neutron stars which, at variance with radio pulsars, are mostly radio silent and not powered by the star rotation. Among these objects are the magnetars, hyper-magnetized neutron stars characterized by transient X-ray/gamma-ray emission, and neutron stars with purely thermal, and in most cases stationary, X-ray emission (a.k.a., X-ray dim isolated neutron stars or XDINSs). While apparently dissimilar in their high-energy behavior and age, both magnetars and XDINSs have similar periods and unusually high magnetic fields. This suggests a tantalizing scenario where the former evolve into the latter.Discovering so far uninvestigated similarities between the multi-wavelength properties of these two classes would be a further step forward to establish an evolutionary scenario. A most promising channels is the near infrared (NIR) one, where magnetars are characterized by a distinctive spectral flattening with respect to the extrapolation of the soft X-ray spectrum.We observed the two XDINSs RX J0420.0-5022 and RX J1856.5-3754 with the Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator (MAD) at the Very Large Telescope (VLT) as part of the instrument guaranteed time observations program, to search for their NIR counterparts. Both RX J1856.5-3754 and RX J0420.0-5022 were not detected down to K_s ~20 and Ks ~21.5, respectively. In order to constrain the relation between XDINSs and magnetars it would be of importance to perform deeper NIR observations. A good candidate is 1RXS J214303.7+065419 which is the XDINS with the highest inferred magnetic field.

研究の動機と目的

• X線が弱く孤立した中性子星（XDINS）が、磁気星と同様に近赤外（NIR）スペクトルの平坦化を示すかどうかを調査し、両者間の進化的な関係を支持する可能性を検討すること。
• XDINSにおける磁気圏または降着円盤からの熱放射が、検出可能なNIR放射を生成するという仮説を検証すること。
• 回転駆動パulsarおよび磁気星と比較して、XDINSのNIR放射効率を制約すること。
• 特に高磁場XDINSに属する、今後の深紫外赤外研究に最も適した候補を特定すること。

提案手法

• パラナル天文台に設置された非常に大きな望遠鏡（VLT）のマルチコンジュゲート・アダプティブオプティクス実証装置（MAD）を用いて、Ksバンド観測を実施した。
• アダプティブオプティクスを用いて回折限界の像分解能を達成し、混雑した領域における感度と源検出能力を向上させた。
• アパーチャー光度測定および源適合アルゴリズムを用いた源抽出を実施し、光度上昇限界を決定した。
• 背景ノイズおよび源の信号対雑音比に基づき、3σ検出限界を計算し、以前のISAAC Hバンドデータと照合した。
• 観測された光度上昇限界を、中性子星表面からの黒体放射および降着円盤モデルを含む理論モデルと比較した。
• NIR放射効率（ηNIR = L_NIR / Ė）を評価し、回転駆動パulsarおよび磁気星の値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RX J0420.0−5022およびRX J1856.5−3754のようなXDINSが、磁気星と同様にNIRスペクトルの平坦化を示すかどうか。これは、共通の放射メカニズムを示唆する可能性がある。
• RQ2 Ksバンドでのこれらの源の非検出は、中性子星表面からの熱放射または降着円盤モデルに整合するか。
• RQ3 XDINSのNIR放射効率（ηNIR）の上昇限界は何か。また、磁気星および回転駆動パulsarと比較してどうなるか。
• RQ4 1RXS J214303.7+065419における異常な高い光学放射は、非熱的磁気圏放射または降着円盤によって説明可能か。また、NIR領域で検出可能かどうか。

主な発見

• RX J0420.0−5022に対して、Ksバンドにおける3σ限界マグニチュードKs ~ 21.5まで顕著なNIR対応体は検出されなかった。
• RX J1856.5−3754に対して、Ksバンドにおける3σ限界マグニチュードKs ~ 20まで顕著なNIR対応体は検出されなかった。
• Ksバンドの光度上昇限界は、X線および光学スペクトルのレイリー＝ジェーンズ外挿法よりも顕著に高く、観測された光学光度が単純な黒体外挿法では説明できないことを示している。
• 現在の上昇限界に基づけば、これらのXDINSのNIR放射効率（ηNIR）が、回転駆動パulsarや磁気星と同等である可能性は排除できない。
• 観測された光度上昇限界は、円盤サイズおよび降着率に応じて、中性子星表面からの黒体スペクトルまたは降着円盤からのものと両方とも整合的である。
• 1RXS J214303.7+065419は、推定磁場が高く、異常な光学放射を示すため、今後の深紫外赤外観測の最も有望な候補のままである。