[논문 리뷰] BeppoSAX monitoring of the ``anomalous'' X-ray pulsar 4U 0142+61

G. L. Israel, T. Oosterbroek외 8명|arXiv (Cornell University)|1999. 04. 08.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 1997년 1월부터 1998년 2월까지 BeppoSAX를 이용한 비정상적 X선 펄서 4U 0142+61의 모니터링을 수행하여, 약 ~2×10⁻¹² s s⁻¹의 거의 일정한 스핀-down 속도를 규명하였다. 이 소스는 이중 피크 펄스 프로파일을 보이며, 단일 파워법칙(Γ ≈ 4)과 블랙바디 성분(kT ≈ 0.4 keV)을 포함한 스펙트럼이 가장 잘 맞는 것으로 나타나, 지속적인 X선 방출과 자기장 도플러 브레이킹에 의해 설명되는 자기장이 매우 강한 천체 후보로 분류될 가능성이 높다.

ABSTRACT

The 8.7s X-ray pulsar 4U 0142+61 was monitored by BeppoSAX between January 1997 and February 1998. This source belongs to the rapidly growing class of "anomalous" X-ray pulsars (AXPs) which have pulse periods in the 6-12s range and no plausible optical, infrared or radio counterparts. The BeppoSAX periods measurements show that 4U 0142+61 continues its spin-down at a nearly constant rate of about 2 times 10^{-12}s s^{-1}. The 0.5-10 keV pulse shape is double peaked. The phase-averaged spectrum can be described by a steep absorbed power-law (Gamma about 4) plus a blackbody with kT = 0.4 keV. 4U 0142+61 was also detected serendipitously in a March 1996 RossiXTE observation pointed towards the nearby 1455s X-ray pulsar RX J0146.9+6121. The timing analysis results are reported for this observation and the spin history of 4U 0142+61 since 1979 is discussed.

연구 동기 및 목표

• BeppoSAX 관측을 통해 4U 0142+61의 장기적 스핀 진화를 모니터링한다.
• 0.5–10 keV 에너지 범위에서 4U 0142+61의 X선 스펙트럼 및 타이밍 특성을 규명한다.
• 기록된 자료와 동시대 자료를 활용하여 1979년까지 거슬러 올라가는 4U 0142+61의 스핀 역사를 조사한다.
• 4U 0142+61의 행동이 자기장 모델과 일관된지 평가한다. 특히 지속적인 방출과 스핀-down 속도의 일관성을 중심으로 한다.

제안 방법

• 1997년 1월부터 1998년 2월까지 13개월간 BeppoSAX를 이용해 4U 0142+61를 모니터링하였다.
• 빛의 변화도에서 펄스 주기 측정을 수행하여 소스의 스핀-down 진화를 추적하였다.
• 위상 평균 스펙트럼은 파워법칙과 블랙바디 모델의 조합을 사용하여 피팅하였으며, 흡수 효과는 광전자 흡수 성분으로 고려했다.
• BeppoSAX 데이터의 타이밍 해법을 기록된 자료와 융합하였으며, 이는 1996년에 RX J0146.9+6121에 대한 RossiXTE 관측에서 우연히 발견된 4U 0142+61의 데이터를 포함한다.
• 전체 관측 기간 동안 위상 일관성 기반 타이밍 분석을 통해 스핀-down 속도와 주기 도함수를 계산하였다.
• 1979년부터 1998년까지의 데이터를 융합하여 스핀 역사를 재구성하였으며, 자기장 브레이킹 이론 모델과의 비교가 가능해졌다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4U 0142+61의 장기적 스핀-down 속도는 무엇이며, 시간이 지남에 따라 일정한가?
• RQ2 0.5–10 keV 대역에서 4U 0142+61의 스펙트럼 특성은 무엇이며, 이는 어떤 물리적 구성 요소를 암시하는가?
• RQ3 4U 0142+61의 펄스 프로파일은 어떻게 변화하며, 이중 피크 형태는 방출 기하학에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 관측된 4U 0142+61의 스핀 진화는 자기장 도플러 복사 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ5 1996년에 근처 펄서인 RX J0146.9+6121에 대한 RossiXTE 관측에서 4U 0142+61가 우연히 발견된 것은 어떤 의미가 있는가?

주요 결과

• 4U 0142+61의 스핀-down 속도는 약 2×10⁻¹² s s⁻¹로 거의 일정하며, 안정적인 회전 에너지 손실을 나타낸다.
• 4U 0142+61의 0.5–10 keV 펄스 프로파일은 이중 피크를 보이며, 복잡한 방출 비드 기하학 또는 다수의 방출 영역을 암시한다.
• 위상 평균 X선 스펙트럼은 파워법칙 지수 Γ ≈ 4의 급격한 파워법칙과 kT ≈ 0.4 keV의 블랙바디 성분을 포함한 모델로 가장 잘 설명된다.
• 1996년에 RX J0146.9+6121에 대한 RossiXTE 관측에서 4U 0142+61가 우연히 발견되었으며, 이는 지속적인 X선 방출을 확인하고 장기 타이밍 분석을 가능하게 하였다.
• 1979년부터 재구성된 4U 0142+61의 스핀 역사는 일관된 스핀-down을 보이며, 자기장 도플러 브레이킹에 기인한 자기장이 매우 강한 천체의 기원을 뒷받침한다.
• 4U 0142+61의 스펙트럼 및 타이밍 특성은 다른 비정상적 X선 펄서들과 유사하며, 이는 자기장이 매우 강한 천체로 분류되는 것을 강화한다.