[論文レビュー] Sporadic radio pulses from a white dwarf binary at the orbital period

Iris de Ruiter, Kaustubh Rajwade+15 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2024

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

ILT J1101+5521、白色矮星–M型矮星連星を発見し、軌道周期と等しい周期で時折強く偏光された無線パルスを発する。周期は約125.52分。

ABSTRACT

Recent observations have revealed rare, previously unknown flashes of cosmic radio waves lasting from milliseconds to minutes, and with periodicity of minutes to an hour. These transient radio signals must originate from sources in the Milky Way, and from coherent emission processes in astrophysical plasma. They are theorized to be produced in the extreme and highly magnetised environments around white dwarfs or neutron stars. However, the astrophysical origin of these signals remains contested, and multiple progenitor models may be needed to explain their diverse properties. Here we present the discovery of a transient radio source, ILT J1101+5521, whose roughly minute-long pulses arrive with a periodicity of 125.5 minutes. We find that ILT J1101+5521 is an M dwarf -- white dwarf binary system with an orbital period that matches the period of the radio pulses, which are observed when the two stars are in conjunction. The binary nature of ILT J1101+5521 establishes that some long-period radio transients originate from orbital motion modulating the observed emission, as opposed to an isolated rotating star. We conclude that ILT J1101+5521 is likely a polar system where magnetic interaction has synchronised the rotational and orbital periods of the white dwarf. Magnetic interaction and plasma exchange between two stars has been theorized to generate sporadic radio emission, making ILT J1101+5521 a potential low-mass analogue to such mechanisms.

研究の動機と目的

• LOFARで検出された謎の長周期無線トランジェントの性質を特定する。
• 無線パルスの周期性が軌道運動に結びつくのか、それとも恒星の自転に結びつくのかを判定する。
• 伴星の性質、連星パラメータ、そして放射機構の含意を特徴づける。
• 多波長の対応観測と系の進化状態（ポーラーかそれ以外の連星か）を評価する。
• 長周期トランジェントにおけるコヒーレント無線放出の物理的起源を制約する。

提案手法

• 8 s–1 hの画像スナップショットでLPFパイプラインを用いてLoTSSデータからトランジェント源を検索する。
• ILT J1101+5521の局在化を行い、WSCleanとPySEで再画像化して天体物理的性質を確認する。
• パルス到達時刻を計算し、TEMPO2を用いて位相結合タイミングを実行する。
• 放射速度分光法を用いて連星をモデル化し、伴星質量と傾斜角を制約する。
• 広帯域光度測定を用いて、ベイジアン推論で伴星モデル（M型矮星＋白色矮星）をフィットする。
• 偏光と分散測度を分析して磁場とプラズマ特性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 125.52分の周期は二重星の軌道周期か、それともコンパクト天体の自転周期か。
• RQ2 無線パルスは特定の軌道位相で優先的に発生するのか、そしてそれは放射機構に何を意味するのか。
• RQ3 伴星の性質と系の進化状態は（ポーラー、プレポーラー、その他）どのようなものか。
• RQ4 多波長データは蓄積活動と磁場幾何学に関してどのような制約を与えるか？

主な発見

• 2015–2020のLOFAR観測でピークフラックス密度41–256 mJy/beamの7つの無線パルスを検出。
• パルス周期は125.51950(4)分、周期導関数の上限は3.04×10^-11 s s^-1。
• パルスは上連星合位置で発生し、無線周期性を軌道周期に結びつけている。
• アストロメトリックおよび分光データは伴星をM4.5V供星を持つ白色矮星と同定し；WD質量が≥0.2 M⊙の場合、系の傾斜角は<40°に制約される。
• 線形偏光分率は最大で51%、RMは約4.5–4.7 rad m^-2、円偏光は検出されず；DMは約16±6 pc cm^-3。
• この系はポーラー（磁性WD）構成と自転と公転の同期、長期にわたる蓄積はほとんどなく（強いX線放出なし）で一致する。