[論文レビュー] The Proper Motion of the Neutron Star in Cassiopeia A

Tracey DeLaney, Joseph Satterfield|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2013

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、1999年から2009年までの10年間にわたり、チャンドラX線望遠鏡HRCデータ（10年間）を用いて、てん動星の自己運動を測定した。画像登録には準静的フロクリ（quasi-stationary flocculi）と1つの背景源を用いた。参照源が限られ、噴出物の形態的変化があるにもかかわらず、てん動星の運動は南東方向に390 ± 400 km s⁻¹と測定され、爆発中心からのずれから推定される速度と整合的である。

ABSTRACT

Images from the High Resolution Camera on the Chandra X-ray Observatory were used to measure the proper motion of the neutron star in Cassiopeia A over a baseline of 10 years (1999-2009). One background source and 13 quasi-stationary flocculi were chosen to register the two images. Pixel offsets between features at each epoch were measured using four different statistical methods: Gaussian fitting, centroiding, cross correlation, and the Cash statistic. In many cases the offset measurements disagree in magnitude and/or direction by as much as 1 arcsecond, resulting in large uncertainties. As a result, the measurement for the motion of the neutron star is marginal at 390 +/- 400 km/s in the southeast direction. This motion is typical of the birth velocities of young pulsars and is consistent with the inferred proper motion based on the offset of the neutron star from the center of expansion of the optical ejecta.

研究の動機と目的

• 高解像度X線画像を用いて10年間のベースラインでカシオペアAのてん動星の自己運動を直接測定すること。
• 光学的噴出物の膨張中心からの7角秒のずれに基づいて推定されたてん動星の運動を検証すること。
• 参照点源が乏しく、噴出物の特徴が動的である状況下での自己運動測定の信頼性を評価すること。
• てん動星の運動方向が、非対称超新星爆発および誕生キックの理論的モデルと整合するかを検討すること。

提案手法

• 1999年12月と2009年12月に、チャンドラX線望遠鏡のハイレゾリューションカメラ（HRC）で取得された画像を用い、ほぼ同一の指向角およびロール角を確保した。
• 1999年と2009年の画像を登録するために、1つの背景点源（src2）と13個の準静的フロクリ（QSFs）を用いた。
• 特徴間のピクセルオフセットを測定するために4つの統計的手法（ガウスフィッティング、コアントロイド計算、相互相関、Cash統計）を用いた。
• 複数のQSFと背景源のオフセット測定値を平均化し、登録と測定の不確実性を組み合わせて、てん動星の運動を推定した。
• HRCのピクセルスケール（1ピクセルあたり0.1318角秒）を用い、3.4 kpcの距離での物理的速度に換算した。
• 最終的な速度不確実性を求めるために、登録誤差と測定誤差を平方和根で合成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カシオペアAのてん動星の10年間の自己運動は何か？
• RQ2 測定された運動は、光学的噴出物の膨張中心からのずれから推定された速度とどのように比較できるか？
• RQ3 画像登録誤差と動的変化する噴出物特徴の影響が、自己運動測定の信頼性にどの程度及ぶか？
• RQ4 てん動星の運動方向は、双極的X線および赤外線噴出物の対称軸と一致するか？
• RQ5 測定された運動パラメータは、てん動星の誕生キックを引き起こす物理的メカニズムについて何を示唆するか？

主な発見

• てん動星の自己運動は、赤経方向に-0.02 ± 0.02角秒/年、赤緯方向に-0.01 ± 0.01角秒/年と測定された。
• 3.4 kpcの距離で、これは横方向速度387 ± 401 km s⁻¹、位置角121° ± 47°（概ね南東方向）に対応する。
• 測定された運動は、光学的噴出物の膨張中心からのずれから推定された350 km s⁻¹、169° ± 8.4°と整合的である。
• 測定は不確実性が大きく（±400 km s⁻¹）、主に参照源が少なく、QSFの形態的進化があるため、限界的である。
• てん動星の運動は北東－南西方向のジェット軸に直交しており、誕生キックがジェット軸と一致しないが、北南双極構造などの他の対称軸と関連している可能性がある。
• 結果は、わずかな質量および速度の非対称性によって駆動される流体力学的キックを伴う非対称超新星爆発モデルを支持しており、強い磁場や非対称なジェットとは異なる。