[論文レビュー] X-ray Counterparts of Millisecond Pulsars in Globular Clusters

W. Becker, Huang, H. H.+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2010

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、高分解能のチャンドラデータを用いて、球状星団内のミリ秒パulsar（MSPs）のX線対応源を体系的に分析し、電波タイミング位置とX線源をクロス相関させた。その結果、球状星団内のMSPsは、場所に依存するパulsarで観測される$L_X \sim 10^{-3}\dot{E}$関係と整合するX線輝度を示しており、銀河平面に存在するMSPsと球状星団内のMSPsとの間でX線放出特性に顕著な差がないことが示された。

ABSTRACT

We have systematically studied the X-ray emission properties of globular cluster millisecond pulsars in order to evaluate their spectral properties and luminosities in a uniform way. Cross-correlating the radio timing positions of the cluster pulsars with the high resolution Chandra images revealed 31 X-ray counterparts identified in nine different globular cluster systems, including those in 47 Tuc. Timing analysis has been performed for all sources corresponding to the temporal resolution available in the archival Chandra data. Making use of unpublished data on M28, M4 and NGC 6752 allowed us to obtain further constraints for the millisecond pulsar counterparts located in these clusters. Counting rate and energy flux upper limits were computed for those 36 pulsars for which no X-ray counterparts could be detected. Comparing the X-ray and radio pulse profiles of PSR J1821-2452 in M28 and the 47 Tuc pulsars PSR J0024-7204D,O,R indicated some correspondence between both wavebands. The X-ray efficiency of the globular cluster millisecond pulsars was found to be in good agreement with the efficiency Lx ~ 10^-3 Edot observed in Galactic field rotation-powered pulsars. Millisecond pulsars in the galactic plane and in globular clusters appear to show no distinct differences in their X-ray emission properties.

研究の動機と目的

• 球状星団内のミリ秒パulsarのX線スペクトル的性質および輝度を一貫した方法で評価すること。
• 9つの球状星団にわたる高分解能のチャンドラ観測を用いて、MSPsのX線対応源を特定・特徴付けること。
• 球状星団内のMSPsのX線効率を評価し、場所に依存するパulsarと比較すること。
• 密な星団環境に存在するMSPsが、銀河平面に存在するものと比較して特異なX線放出特性を示すかどうかを調査すること。
• 未検出のMSPsについてX線フラックスおよびカウントレートの上限を計算することで、非検出の制約を強化すること。

提案手法

• MSPsの電波タイミング位置と高分解能のチャンドラX線画像をクロス相関させ、X線対応源を同定した。
• アーカイブのチャンドラデータを用いたタイミング解析により、X線光曲線およびパルスプロファイルを調査した。
• M28、M4、NGC 6752の未公表データを用いて、これらの星団におけるMSP対応源の制約を強化した。
• X線対応源が検出されなかった36個のMSPについて、カウントレートおよびエネルギーフラックスの上限を計算した。
• 吸収補正を、吸収量推定値（列密度）を用いて行った上で、X線データにブラックボディ、パワーロウ、コンポジットモデルをフィットした。
• 線形回帰モデルを用いて、等方的X線輝度$L_X$とスピンダウンパワー$\dot{E}$の関係を評価した：$\log L_X = (14.49 \pm 4.47) + (0.48 \pm 0.11)\log\dot{E}$。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団内のミリ秒パulsarのX線スペクトルおよび輝度分布はどのようなものか、場所に依存するパulsarと比較するとどうなるか？
• RQ2 球状星団内のミリ秒パulsarは、銀河平面に存在するものと比較して異なるX線放出効率を示すか？
• RQ3 球状星団内のMSPsについて、X線輝度とスピンダウンパワー$\dot{E}$との間に相関があるか、またそれは$L_X \sim 10^{-3}\dot{E}$関係とどのように異なるか？
• RQ4 球状星団内のMSPsのX線パルスプロファイルは、電波パルスプロファイルと何らかの対応関係を示すか？
• RQ5 非検出の結果がMSPsのX線効率に与える影響は何か、また上限値が全体の輝度関数にどのように影響するか？

主な発見

• 9つの球状星団にまたがる31個のミリ秒パulsarに対して31個のX線対応源が同定され、47 TucやM28を含む。
• 球状星団内のMSPsのX線効率は、銀河の場所に依存するパulsarで観測された$L_X \sim 10^{-3}\dot{E}$関係と整合しており、相関係数は0.68であった。
• PSR J1824-2452Aについては、2008年のチャンドラデータは、以前のデータで観測された3.3 keVの線特徴を確認できず、熱的極域成分の$3\sigma$上限は$1.3 \times 10^6$ Kであった。
• 47 Tucのパulsarは、熱的モデルまたはコンポジット（ブラックボディ＋パワーロウ）モデルで最もよくフィットし、PSR J0024-7204O や R のような源でX線パルスが検出された。
• 銀河平面に存在するMSPsと球状星団内のMSPsとの間で、X線放出特性に顕著な差は認められず、同じ放出メカニズムが関与していると考えられる。
• 球状星団内のMSPsの$L_X$対$\dot{E}$の散らばりは、広いパopulationと整合しており、方位角やビーム効果が、弱い源の観測輝度が低いことを説明している可能性がある。