[論文レビュー] The Vela Pulsar's Radio Nebula

Richard Dodson, Dion Lewis+2 more|Feb 19, 2003

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 32

ひとこと要約

本論文は、ベラパulsarの回転に起因する放射線が支配する対称的で高偏光度の電波ネビュラを、初めて高感度・高分解能で明らかにした。このネビュラは、パルサーのスピン軸に沿ったトロイダル磁場構造を示し、その形態と偏光構造から、パルサーの回転エネルギーによって駆動されていることが確認された。X線放射が終了する半径から電波放射が開始されることから、両バンドにおける発光機構が異なることが示唆される。

ABSTRACT

We have discovered that the radio nebula surrounding the Vela pulsar covers a much wider extent than previously reported, with two lobes to the North and South of the pulsar. Indications of this object have been reported previously, but its symmetric morphology around the pulsar and other details had not been identified as they were hidden due to poor sensitivity to low spatial frequencies. The structure is highly polarised and the polarisation vectors, once corrected for Faraday rotation, reveal symmetry with respect to the spin axis of the pulsar. The X-ray emission found by Chandra lies at the centre of this structure, in a region which has no detectable excess of radio emission. We estimate total fluxes and regional fluxes from the Northern and Southern lobes, plus the X-ray region at four radio frequencies; 1.4, 2.4, 5 and 8.5 GHz. We present the corresponding images in both the total and polarised intensities, as well as those showing the derotated linear polarisation vectors.

研究の動機と目的

• 感度の制限によって以前は不明であった、ベラパルサーの電波ネビュラの真の広がりと形態を解明すること。
• ファラデー回転補正を用いて、ネビュラの偏光構造と磁場幾何学的形状を調査すること。
• ネビュラがパルサーの回転エネルギーによって駆動されているのか、それとも固有運動に起因する衝撃波によって駆動されているのかを特定すること。
• 電波とX線の形態を比較し、パルサー風ネビュラ（PWN）モデルに与える含意を評価すること。
• アーカイブデータと新規ATCAデータを、パルサーの周期に合わせたビニングと自己校正を用いて再処理し、ダイナミックレンジと感度を向上させること。

提案手法

• 観測は、複数のアンテナ配置を用いて、1.4、2.4、5.2、および8.5 GHzでオーストラリア・テレスコープ・コンパクトアレイ（ATCA）を用いて実施された。
• パルサーの明るく変動しやすい放射を画像処理から分離するため、1周期あたり32個のビンに分割してパルサー・ビニングを適用した。
• パルサーのピークフラックスを用いて自己校正を実施し、機器的および電離圏の位相変動を補正した。
• 二重周波数観測から得られた回転測定（RM）解析を用いてファラデー回転を補正し、固有の偏光位置角を回復した。
• 10'' FWHMのビーム幅で画像を生成し、回転測定補正後に偏光強度および位置角マップを生成した。
• 放射線の全放射度は、距離0.3 kpcを用い、Frail & Scharringhausen（1997）の式を用いてパルサーの回転減速パワーと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベラパルサーの電波ネビュラの真の広がりと形態は何か？ また、以前の観測と比べてどう異なるか？
• RQ2 ネビュラ内の磁場構造は何か？ また、パルサーのスピン軸と一致しているか？
• RQ3 ネビュラはパルサーの回転エネルギーによって駆動されているのか、それとも固有運動に起因する衝撃波によって駆動されているのか？
• RQ4 なぜ電波とX線の放射領域の間にギャップが生じているのか？ これは発光機構にどのような含意を持つのか？
• RQ5 ネビュラの偏光構造は、パルサー風ネビュラモデルにどのように寄与するか？

主な発見

• 電波ネビュラは、以前に報告されたものよりもはるかに広がっており、パルサーを中心として対称的な北東および南東のリブが存在する。
• ファラデー回転補正後、偏光放射はスピン軸に沿った対称的でトロイダルな磁場構造を示した。
• 電波放射度は6.8×10^30 erg/sであり、パルサーの回転減速パワーの1×10^-6に相当する。これは電波効率が低いことを示している。
• 電波放射はX線放射が終了する半径から開始されることから、両バンドにおける発光領域と発光機構が異なることが示唆される。
• 固有運動方向に「ウェーク」に似た構造が存在しないことから、衝撃駆動モデルは否定され、回転駆動によるネビュラ形成が支持される。
• 偏光度はシンクロtron放射の理論的上限に近づき、ネビュラ内に秩序ある磁場が支配的であることが確認された。