[논문 리뷰] A New HST Measurement of the Crab Pulsar Proper Motion

P. A. Caraveo, R. Mignani|arXiv (Cornell University)|1999. 01. 05.

Geophysics and Gravity Measurements인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 약 두 해 미만의 기간 동안의 보관된 WFPC2 이미지를 사용하여 캐 Crab 펄서의 운동량을 새롭게 측정한 결과를 제시한다. 이 결과는 18 ± 3 mas/yr의 운동량과 292 ± 10도의 위치각을 나타내며, 이는 이전에 77년의 기간 기반으로 얻어진 측정 결과와 일치한다. 이 결과는 펄서의 운동량이 내부 Crab 성운의 대칭축과 일치함을 시사하며, 밀도성의 자전과 X선 제트의 구조 사이에 가능한 물리적 연관성이 있음을 지지한다.

ABSTRACT

We have used a set of archived HST/WFPC2 exposures of the inner regions of the Crab Nebula to obtain a new measurement of the pulsar proper motion, the first after the original work of Wyckoff & Murray, more than 20 years ago. Our measurement of the pulsar displacement, mu = 18 +/- 3 mas/yr, agrees well with the value obtained previously. This is noteworthy, since the data we have used span less than 2 years, as opposed to the 77 years required in the previous work. With a position angle of 292 +/- 10 deg, the proper motion vector appears aligned with the axis of symmetry of the inner Crab nebula, as defined by the direction of the X-ray jet observed by ROSAT. Indeed, if the neutron star rotation is to be held responsible both for the X-ray jet and for the observed symmetry, the Crab could provide an example of alignment between spin axis and proper motion.

연구 동기 및 목표

• 최근 HST 보관 데이터를 활용하여 짧은 시간 해상도로 캐 Crab 펄서의 운동량을 측정하는 것.
• 펄서의 운동량이 내부 Crab 성운의 대칭축과 일치하는지 테스트하는 것.
• 펄서의 자전축과 성운에서 관측된 X선 제트 사이의 잠재적 물리적 연결 고리를 조사하는 것.
• 긴 기간 천체측량 관측에 의존하지 않고도 고정밀 측정을 수행할 수 있도록 짧은 기간 기반 측정을 제공하는 것.

제안 방법

• 내부 Crab 성운에 대한 Hubble 우주망원경 광역계측행성카메라 2(WFPC2)의 보관된 이미지를 활용하였다.
• 두 해 미만의 기간 동안 촬영된 여러 노출 이미지에 대해 펄서의 위치에 대한 정밀한 천체측량 분석을 수행하였다.
• 현장 내 기준 항성들을 사용하여 위치 측정을 校정하여 밀리초각 이내의 정밀도를 확보하였다.
• ROSAT가 관측한 X선 제트 방향과 유도된 운동량 벡터를 비교하여 일치 여부를 평가하였다.
• 운동량 벡터의 크기 및 위치각에 대한 불확도를 산정하기 위해 오차 전파를 적용하였다.
• 기존 1970년대의 77년 기간 기반 측정 결과와의 비교를 위해 통계적 방법을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X선 제트에 의해 정의된 내부 Crab 성운의 대칭축과 캐 Crab 펄서의 운동량이 일치하는가?
• RQ2 짧은 기간 기반 HST 측정이 원래의 장기 기간 기반 펄서 운동 측정과 비교해도 동등한 정밀도를 확보할 수 있는가?
• RQ3 펄서의 자전축이 그 운동량 벡터와 일치하는 증거가 있으며, 이는 X선 제트 형태와 일치하는가?
• RQ4 운동량 크기의 관측 결과는 중성자별의 충격 메커니즘 맥락에서 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 새로운 측정 결과는 초신성 잔해 내에서 펄서의 탄생 및 진화 모델을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 캐 Crab 펄서의 운동량은 18 ± 3 mas/yr로 측정되었으며, 기존 1970년대 측정 결과와 일치함을 확인하였고, 이는 관측 기간이 훨씬 짧음에도 불구하고 성립한다.
• 운동량 벡터의 위치각은 292 ± 10도로, 내부 Crab 성운의 대칭축과의 일치를 시사한다.
• 펄서의 운동량과 X선 제트 방향 간의 일치는 제트가 중성자별의 자전에 의해 추진된다는 가설을 지지한다.
• 짧은 기간 기반 측정 결과와 장기 기간 기반 측정 결과 간의 일치는 현대 HST 천체측량의 신뢰성을 검증한다.
• 이 결과는 펄서의 자전축과 관측된 X선 제트의 구조 사이에 물리적 연결 고리가 있음을 더욱 강화한다.
• 측정 결과는 희미하고 밀도가 높은 천체인 펄서에 대해서도 짧은 관측 창에서도 고정밀 천체측량이 가능하다는 점을 보여준다.