[論文レビュー] The Pulsed Soft X-Ray Emission from PSR 0656+14

Andrea Possenti, S. Mereghetti+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、PSR 0656+14のROSAT PSPCデータを分析し、熱的軟X線成分を確認するとともに、~2×10⁶ Kの黒体または光子指数Γ ≈ 4.5のパワーロー spectrumで最もよく適合する、より硬い非熱的成分を同定した。脈動光曲線（9%の分顔回動）は、中性子星表面における二温度モデルで説明され、高い電気双極子傾き（約30°）と重力赤方偏移（1+z < 1.15）を要する。光の屈曲と相対論的効果が観測結果との整合性を保つために不可欠である。

ABSTRACT

We present the results of a spectral and timing analysis of PSR 0656+14 based on the complete set of ROSAT observations carried out with the PSPC instrument in 1991 and 1992. The present analysis confirms the thermal origin of the bulk of the emission in the soft X-ray band (Finley et al. 1992). In addition, we find strong evidence of a harder component, described equally well with a blackbody at T about 2x10^6 K, or with a steep power law with photon index Gamma about 4.5. This bimodal emission is also supported by an analysis of the light curve shape as a function of the energy. The 0.1--2.4 keV light curve of PSR 0656+14, with a pulsed fraction of about 9%, is interpreted with a simple model for the temperature distribution on the neutron star surface, coupled with the geometrical information derived from radio data. In this model, which includes the effects of relativistic light bending and gravitational redshift, the X--rays originate from two thermal components resulting from neutron star cooling and blackbody emission released in the hotter polar cap regions. The observed modulation can be reproduced only if PSR 0656+14 has a relatively high dipole inclination (about 30 deg) and (1+z) is less than about 1.15. The overall pulsed fraction cannot be significantly increased by including the polar cap contribution, if its temperature and intensity are to be consistent with the observed spectra.

研究の動機と目的

• 1991年および1992年の完全なROSAT PSPCデータセットを用いて、PSR 0656+14の軟X線バンドにおけるスペクトル的・時間的性質を同定すること。
• 脈動X線放射の起源を調査し、熱的および非熱的成分を区別すること。
• 光の屈曲や赤方偏移などの相対論的効果を用いて、電気双極子傾きおよび重力赤方偏移を含む中性子星の幾何学的構造を制約すること。
• 観測された脈動分顔回動が、中性子星表面における二成分熱モデルによって再現可能かどうかを検証すること。
• 観測スペクトルおよび光曲線形状と整合する極帯放射の妥当性を評価すること。

提案手法

• 1991年および1992年の完全なROSAT PSPCデータセットを用いて、PSR 0656+14の軟X線放射をモデル化するスペクトル解析を実施した。
• X線スペクトルに複数の成分を適合させた：熱的成分（黒体）と、光子指数Γを用いて記述される非熱的成分（パワーロー）。
• 0.1–2.4 keVエネルギー帯域で時間解析を実施し、脈動分顔回動および位相分解光曲線を導出した。
• 重力赤方偏移および光の屈曲を含む相対論的効果を組み込んだ、表面温度分布を有する中性子星の幾何的モデルを適用した。
• モデル適合の制約として、電波から導かれた幾何学的パラメータ（電気双極子傾き）を用いた。
• 極帯放射の全放射に対する寄与と、観測された脈動分顔回動への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSR 0656+14の軟X線放射のスペクトル的性質は何か？複数の成分から構成されているか？
• RQ2 約9%の分顔回動を示す観測された脈動光曲線は、均一でない加熱を受ける中性子星表面からの熱放射によって説明可能か？
• RQ3 X線光曲線およびスペクトルデータから導かれる中性子星の電気双極子傾きおよび重力赤方偏移（1+z）の制約は何か？
• RQ4 光の屈曲や重力赤方偏移などの相対論的効果が、観測されたX線分顔回動にどのように影響を与えるか？
• RQ5 極帯放射が全放射にどの程度寄与できるか？ただし、観測値を超えて脈動分顔回動を増加させない条件で。

主な発見

• PSR 0656+14の軟X線放射は、熱的成分が支配的であり、Finleyら（1992）の先行研究を確認した。
• より硬い非熱的成分が強く示唆され、T ≈ 2×10⁶ Kの黒体または光子指数Γ ≈ 4.5のパワーロースペクトルで最もよく適合する。
• 0.1–2.4 keVの光曲線は約9%の脈動分顔回動を示し、中性子星表面における二温度モデルと整合的である。
• 観測された変調が再現されるのは、中性子星が約30°の電気双極子傾きと1.15未満の重力赤方偏移係数（1+z）を持つ場合に限る。
• 極帯放射の取り入れは、観測スペクトルと整合する温度および強度を有する限り、脈動分顔回動を顕著に増加させない。
• 光の屈曲や重力赤方偏移などの相対論的効果は、観測されたX線光曲線およびスペクトルエネルギー分布を正確にモデル化するために不可欠である。