[論文レビュー] SXP 1062, a young Be X-ray binary pulsar with long spin period; Implications for the neutron star birth spin

F. Haberl, R. Sturm+3 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Dec 2, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 37被引用数 32

ひとこと要約

本論文では、小マゼラン雲に位置するBe/X線連星パルサーSXP 1062を中心とする若い超新星残骸（SNR）の発見を報告する。このSNRは、1062秒という非常に長い自転周期と、−2.6 × 10⁻¹² Hz s⁻¹という高い自転減速率を示す中性子星を有する。著者らは、この中性子星がおそらく0.5秒以上の自転周期で生まれたと推定しており、これは中性子星が通常数10ミリ秒程度の周期で生まれるとの従来の仮定に反するものである。

ABSTRACT

(shortened) The SMC is ideally suited to investigating the recent star formation history from X-ray source population studies. It harbours a large number of Be/X-ray binaries, and the supernova remnants can be easily resolved with imaging X-ray instruments. We search for new supernova remnants in the SMC and in particular for composite remnants with a central X-ray source. We study the morphology of newly found candidate supernova remnants using radio, optical and X-ray images and investigate their X-ray spectra. Here we report on the discovery of the new supernova remnant around the recently discovered Be/X-ray binary pulsar SXP 1062 in radio and X-ray images. The Be/X-ray binary system is found near the centre of the supernova remnant, which is located at the outer edge of the eastern wing of the SMC. The remnant is oxygen-rich, indicating that it developed from a type Ib event. From XMM-Newton observations we find that the neutron star with a spin period of 1062 s shows a very high average spin-down rate of 0.26 s per day over the observing period of 18 days. From the currently accepted models, our estimated age of around 10000-25000 years for the supernova remnant is not long enough to spin down the neutron star from a few 10 ms to its current value. Assuming an upper limit of 25000 years for the age of the neutron star and the extreme case that the neutron star was spun down by the accretion torque that we have measured during the XMM-Newton observations since its birth, a lower limit of 0.5 s for the birth spin period is inferred. For more realistic, smaller long-term average accretion torques our results suggest that the neutron star was born with a correspondingly longer spin period. This implies that neutron stars in Be/X-ray binaries with long spin periods can be much younger than currently anticipated.

研究の動機と目的

• 小マゼラン雲（SMC）における新規発見の超新星残骸（SNR）とBe/X線連星パルサーSXP 1062との関連を調査すること。
• SNRの年齢を特定し、SXP 1062の中性子星の自転進化に与える影響を評価すること。
• 観測された高い自転減速率が、典型的な短い自転周期（約10 ms）で生まれたと仮定した場合に、現在の1062秒の自転周期を説明できるかどうかを検証すること。
• 観測された自転減速行動に基づいて、Be/X線連星における中性子星の形成時の自転周期分布に与える示唆を評価すること。

提案手法

• XMM-Newton X線観測、光学狭帯域画像（MCELS）、および電波連続スペクトルデータ（ATCA）を用いた多波長解析により、SNRおよびその中心天体を同定・特徴づける。
• XMM-Newton EPIC-pnおよびMOS機器からのスペクトル抽出を実施し、SXP 1062および周囲のSNRからのX線放射を解析する。背景減算および源領域の選定を含む。
• 18日間の観測期間におけるコherentなX線パルスの測定により、パルサーの自転周期および自転減速率（ḟ）を測定する。
• 酸素を多く含む組成が示すように、型Ib超新星由来であると推定される形態的およびスペクトル的性質を用いてSNRの年齢を推定する。
• 降着トルク支配の仮定の下で中性子星の自転進化をモデル化し、測定された自転減速率を用いて形成時の自転周期の下限を推定する。
• 時間平均および瞬時のトルク行動を考慮した、Be/X線連星における降着トルクの理論的モデルと観測された自転減速率を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Be/X線連星パルサーSXP 1062は、小マゼラン雲に物理的に関連する超新星残骸を有するか？
• RQ2 多波長観測に基づいて、SXP 1062を取り巻く超新星残骸の推定年齢は何か？
• RQ3 中性子星が通常の短い自転周期（約10 ms）で生まれたと仮定した場合、観測された自転減速率が現在の1062秒の自転周期を説明できるか？
• RQ4 降着トルクによる自転減速が、形成時から一貫して作用したと仮定した場合、観測された自転減速率が形成時の自転周期に与える制約は何か？
• RQ5 SXP 1062が若いSNRと関連していることから、Be/X線連星の中性子星が、従来の仮定よりも著しく長い自転周期で生まれることがあり得るのだろうか？

主な発見

• 電波、光学、X線の波長域で、小マゼラン雲のBe/X線連星パルサーSXP 1062を中心とする殻状の超新星残骸が発見された。
• SNRは酸素を多く含み、型Ib超新星由来であると示唆され、推定年齢は10,000〜25,000年である。
• SXP 1062の中性子星は、XMM-Newton観測期間中の18日間で平均して−2.6 × 10⁻¹² Hz s⁻¹という高い自転減速率を示している。
• この自転減速率が形成時から一貫して作用したと仮定した場合、形成時の自転周期の下限として0.5秒が導かれる。
• より現実的で低い長期平均降着トルクを仮定した場合、推定される形成時の自転周期はさらに長くなるため、Be/X線連星の中性子星は、標準的な約10 msよりも著しく長い周期で生まれることがあり得ると示唆される。
• SXP 1062が若いSNRと関連していることは、中性子星が長期間の自転周期で生まれた場合、Be/X線連星の中性子星は、従来の予想よりもはるかに若いとされる可能性を示唆する。