[論文レビュー] The HST contribution to neutron star astronomy

R. Mignani|ArXiv.org|Oct 29, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）が中性子星天文学の発展において果たした画期的な役割、特に高感度の光学および近赤外線観測による孤立中性子星（INSs）の同定についてレビューしている。1990年代以降、HSTはほぼすべてのINS同定を可能にし、表面温度および磁気圏放射成分を明らかにし、中性子星冷却モデルの制約を図り、同期子放射ネビュラを解像した。STISおよびWFPC2が近赤外線タイミングおよびアストロメトリーにおいて中心的役割を果たしたが、機器の故障にもかかわらず。

ABSTRACT

While isolated neutron stars (INSs) are among the brightest gamma-ray sources, they are among the faintest ones in the optical, and their study is a challenging task which require the most powerful telescopes. HST has lead neutron star optical astronomy yielding nearly all the identifications achieved since the early 1990s. Here, the major HST contributions in the optical studies of INSs and their relevance for neutron stars' astronomy are reviewed.

研究の動機と目的

• 1990年代以降、HSTが光学および近赤外線による孤立中性子星（INSs）の研究に果たした貢献をレビューすること。
• HST観測が中性子星放射メカニズム、冷却、磁気圏物理学の理解をどの程度進展させたかを評価すること。
• 特にSTIS、WFPC2、FOCのHST機器がINS同定およびスペクトル特性化に与えた影響を評価すること。
• 正確な距離および温度測定を通じて、HSTデータが中性子星冷却曲線の不一致をどのように解消したかを分析すること。
• HST機器の修理を推奨し、中性子星研究分野におけるHSTの主導的役割を維持すること。

提案手法

• WFPC2、STIS、FOC、NICMOSのアーカイブHST観測データを用い、INSsのマルチバンド画像測光および分光測定を実施した。
• 光学、近赤外線、近赤外線帯域におけるスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングを実施し、熱的および非熱的放射成分を区別した。
• アストロメトリーを適用して固有運動およびパララックス距離を測定し、表面温度および年齢の制約を可能にした。
• STISおよびWFPC2を用いた位相分解タイミングおよび偏光測定により、パルサー放射の指向性および磁場幾何学的構造を調査した。
• 長期間にわたるWFPC2モニタリングを用いて、パルサー風ネビュラの変動を分析し、拡張する構造を検出した。
• X線および光学データを統合し、中性子星冷却モデルの検証と、磁場トポロジーおよび組成の役割の評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HSTは、光学および近赤外線において、孤立中性子星（INSs）の同定および特徴付けをどの程度進展させたか？
• RQ2 中年齢のINSs、例えばGemingaやPSR B0656+14で検出された近赤外線の熱放射の起源は何か？
• RQ3 HSTによるパルサー風ネビュラの観測結果は、X線の形状とどのように一致し、相対論的風の拡張モデルを支持するか？
• RQ4 HSTから得られた表面温度および距離が、中性子星冷却曲線における不一致をどの程度解消するか？
• RQ5 HSTの偏光およびタイミング観測は、中性子星磁気圏モデルの制約にどのような役割を果たすか？

主な発見

• HSTは8例の新たな孤立中性子星（INS）同定を可能にし、VLT や Keck などの地上望遠鏡と比較して同定率を4倍に向上させた。
• STISによる近赤外線観測で、Geminga、PSR B0656+14、およびVelaパルサーからの最初の位相分解パルスが検出され、光曲線のスペクトル依存性が示された。
• GemingaおよびPSR B0656+14におけるレイリー＝ジェンススペクトル成分（T ~ 10^5 K）の検出は、中性子星表面からの熱放射の直接的証明となった。
• XTINS（熱放射を示す孤立中性子星）のHSTアストロメトリーにより、星間物質降着では説明できない高すぎる空間速度が得られ、再加熱シナリオよりも若い年齢と自然冷却を支持する証拠が得られた。
• WFPC2観測で、蟹星雲およびB0540-69パルサー周囲のシンクロtronネビュラの構造が解像され、X線ネビュラと類似した形態的特徴と、等方的風の拡張の証拠が得られた。
• PSR B0540-69およびVelaパルサーの位相平均光学偏光測定は、WFPC2およびACSを用いて継続中であり、偏光データは磁場幾何学的構造および磁気圏モデルの制約に役立つと期待されている。