[論文レビュー] Young energetic PSR J1617-5055, its underluminous nebula and unidentified TeV source HESS J1616-508

Oleg Kargaltsev, George G. Pavlov+1 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2008

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 37被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、若くエネルギーの高いパルサー PSR J1617−5055 のチャンドラX線観測を行い、パルサーの回転崩壊エネルギーの 0.02% にとどまる非常に低輝度のパルサー風雲 (PWN) を明らかにした。エネルギー的性質とTeV源 HESS J1616−508 に近接しているにもかかわらず、形態的・スペクトル的証拠は物理的関連性を支持せず、TeV放射が星形成領域や検出されていない超新星残骸のような別個の源から来ている可能性を示唆している。

ABSTRACT

We observed the young energetic pulsar J1617-5055 with the Chandra ACIS detector for 60 ks. In addition to the pulsar, the X-ray images show a faint pulsar-wind nebula (PWN) seen up to ~1' from the pulsar. Deconvolution and reconstruction of the image reveal a brighter compact PWN component of ~1'' size, possibly with a jet-torus morphology. The PWN spectrum fits an absorbed power-law (PL) model with the photon index Gamma=1.5. The total PWN luminosity in the 0.5-8 keV band, L_{pwn}=3.2 imes10^{33} ergs s^{-1} for d=6.5 kpc, is a fraction of 2 imes 10^{-4} of the pulsar's spin-down power and a fraction of 0.2 of the pulsar's X-ray luminosity, which is a factor of 20 lower than one would expect from an average empirical relation found for a sample of PWNe observed with Chandra. The pulsar's spectrum can be described by an absorbed PL with n_{H}=3.5 imes10^{22} cm^{-2} and Gamma=1.1, harder than any other pulsar spectrum reliably measured in the soft X-ray band. This non-thermal emission is 50% pulsed showing one peak per period. We have also investigated a possible connection between J1617 and the extended TeV source HESS J1616-508 whose center is located about 10' west of the pulsar. We find no preferential extension of the X-ray PWN toward the TeV source. Therefore, the Chandra data do not provide conclusive evidence for PSR J1617-5055 and HESS J1616-508 association. We have also analyzed archival X-ray, radio, and IR data on the HESS J1616-508 region and found traces of diffuse emission (resembling a shell in the radio) coinciding with the central part of HESS J1616-508. We speculate that the TeV source may be multiple, with most of the emission coming from an unknown SNR or a star-forming region, while some fraction of the TeV emission still may be attributed to the J1617 PWN.

研究の動機と目的

• 若くエネルギーの高いパルサー PSR J1617−5055 及びその周囲のパルサー風雲 (PWN) のX線的性質を調査すること。
• 高解像度X線画像とスペクトル解析を用いて、PSR J1617−5055 と広がりのあるTeV源 HESS J1616−508 の物理的関連性を評価すること。
• 弱いX線PWNが風駆動雲として理論的に期待されるものと整合するかを検証し、その低輝度の原因を検討すること。
• HESS J1616−508 領域と一致する拡散的または広がりのある放射の有無を、アーカイブの電波・赤外線・X線データを用いて調査し、TeV放射の代替的起源を評価すること。

提案手法

• PSR J1617−5055 の高解像度X線画像とスペトロスコピーを得るために、60 ks のチャンドラACIS観測が実施された。
• コンact PWN成分の解明とその形態の評価のために、画像のデコンボリューションおよび源再構築技術が適用された。
• 吸収されたパワーロー法モデルを用いて、パルサーおよびPWNの放射のスペクトルフィッティングが行われ、光子指数と水素吸収密度が導出された。
• PWNの空間的分布をTeV源 HESS J1616−508 の位置と比較し、方向的整列性やTeV源に向かう延長性の有無を検証した。
• アーカイブX線 (XMM-Newton, Suzaku)、電波、赤外線データを分析し、HESS J1616−508 領域における拡散的または広がりのある放射構造の探索を行った。
• 統計的および形態的比較を用いて、PSR J1617−5055 と HESS J1616−508 の間の物理的関連性の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSR J1617−5055 に関連するパルサー風雲 (PWN) は、他の若いエネルギーの高いパルサーで観測された典型的な輝度と整合的か？
• RQ2 PWNのX線形態は、TeV源 HESS J1616−508 側に向かって優位に延長しているか？ これは物理的関連性を示唆するか？
• RQ3 PSR J1617−5055 の固有のX線スペクトル形状は何か？ また、パルサー磁気圏放射の理論モデルと比較するとどうなるか？
• RQ4 HESS J1616−508 のTeV放射が、PSR J1617−5055 のPWNではなく、星形成領域や検出されていない超新星残骸のような別の源から来ている可能性はあるか？
• RQ5 HESS J1616−508 領域に、TeV放射を宿す可能性のある拡散的または広がりのあるX線・電波・赤外線構造が存在するか？

主な発見

• PSR J1617−5055 の周囲のパルサー風雲 (PWN) の全X線輝度は、0.5–8 keVバンドで 3.2×10³³ erg s⁻¹ であり、パルサーの回転崩壊エネルギーの 2×10⁻⁴ にとどまる。これは典型的なPWNと比較して顕著に低輝度である。
• PWNは約1″のサイズのコンパクトな成分を示し、ジェット・トルス構造の可能性がある。スペクトルは吸収されたパワーロー法に適合し、光子指数は Γ ≈ 1.5 であった。
• パルサーのX線スペクトルは、光子指数 Γ ≈ 1.1、水素吸収密度 nH ≈ 3.5×10²² cm⁻² の吸収されたパワーロー法で最もよくフィットした。これは通常の軟X線バンドパルサーと比較して、より硬いスペクトルであることを示している。
• パルサーのX線放射は約50%がパルス的であり、非対称な1つのピークを示しており、非熱的・磁気圏起源であることが確認された。
• TeV源 HESS J1616−508 側へのX線PWNの顕著な延長は観測されず、両源間に物理的関連性を支持する明確な形態的・スペクトル的証拠も見つからなかった。
• アーカイブデータから、殻状に似た拡散的電波および赤外線放射、およびHESS J1616−508 領域に位置する弱いX線源 (X) が検出された。これはTeV放射が星形成領域や検出されていないSNRのような別個の源から来ている可能性を示唆している。