[논문 리뷰] CHIME/FRB/Pulsar discovery of a nearby long period radio transient with a timing glitch

Fengqiu Adam Dong, T. E. Clarke외 23명|arXiv (Cornell University)|2024. 07. 10.

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers인용 수 5

한 줄 요약

논문은 ~421 s 주기를 갖는 근거리의 긴 주기 라디오 트랜지언트 CHIME J0630+25의 발견과 위상-일관된 타이밍, 타이밍 및 다중파장 추적에 기반한 중성자별 대 화이트드워프의 가능성 제약을 보고합니다.

ABSTRACT

We present the discovery of a 421 s long period radio transient (LPT) using the CHIME telescope, CHIME J0630+25. The source is localized to RA=06:30:38.4$\pm1'$ Dec=25:26:24$\pm1'$ using voltage data acquired with the CHIME baseband system. A timing analysis shows that a model including a glitch is preferred over a non-glitch model with $dF/F=1.3 imes10^{-6}$, consistent with other glitching neutron stars. The timing model suggests a surface magnetic field of $\sim1.5 imes10^{15}$ G and a characteristic age of $\sim1.28 imes10^{6}$ yrs. A separate line of evidence to support a strong local magnetic field is an abnormally high rotation measure of $RM=-347.8(6) \mathrm{rad\, m^{-2}}$ relative to CHIME J0630+25's modest dispersion measure of 22(1) pc cm$^{-2}$, implying a dense local magneto-ionic structure. As a result, we believe that CHIME J0630+25 is a magnetized, slowly spinning, isolated neutron star. This marks CHIME J0630+25 as the longest period neutron star and the second long period neutron star with an inferred magnetar-like field. Based on dispersion measure models and comparison with pulsars with distance measurements, CHIME J0630+25 is located at a nearby distance of 170$^{+310}_{-100}$ pc (95.4\%), making it an ideal candidate for follow-up studies.

연구 동기 및 목표

• CHIME/FRB 및 CHIME/Pulsar 도구를 이용한 새로 발견된 장주기 라디오 트랜지언트를 식별하고 특성화한다.
• 위상-일관된 타이밍 해를 얻고 자기장, 연령, 가능성 있는 본질(중성자별 대 화이트드워드)에 대한 제약을 도출한다.
• 분산 측정치를 통해 거리를 평가하고 다중파장 대조를 탐색하여 방출 기전을 이해한다.

제안 방법

• CHIME/FRB를 사용해 CHIME J0630+25의 초기 트랜지언트 탐지.
• 고시간해상 분광 및 TOA 측정을 위해 CHIME/Pulsar로 후속 관측을 수행.
• 위상-일관된 타이밍을 얻기 위해 펄서 타이밍 도구(rrat_period, TEMPO2, PINT)을 적용.
• YMW16 Galactic electron density 모델을 사용해 거리를 계산하고 근처 LPT와 비교.
• Swift-XRT로 X선 대응체를 검색하고 스펙트럴 특성을 분석.
• 관찰된 특성을 중성자별 및 화이트드워드 방출 모델과 비교해 타당성을 평가한다.

Figure 1 : The collection of pulses from CHIME J0630+25 detected by CHIME/Pulsar. The top panel for each burst contains frequency averaged and dedispersed time series. The second panel shows the dynamic spectrum of each burst, and the bottom panel show the dedispersion heat map for each burst. The d

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CHIME J0630+25의 회전 주기와 자이로-스핀 행동은 무엇이며 위상-일관된 타이밍 해를 확립할 수 있는가?
• RQ2 CHIME J0630+25는 긴 주기의 라디오 방출에 대해 중성자별 기원(펄서/마그네타)과 화이트드워드 기원 중 어느 쪽에 더 부합하는가?
• RQ3 타이밍 매개변수가 자기장, 연령, 에너지 손실에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 다중파장 관측(X-ray 등)을 통해 가능한 대응체와 주변 환경에 대해 무엇을 밝힐 수 있는가?

주요 결과

속성	값
Name	CHIME J0630+25
R.A. (hh:mm:ss)	06h30m43s b1 6'
Dec (dd:mm:ss)	25°23′14″
P (s)	421.35542(1)
Pdot (×10^-12 ss^-1)	-2.5(1.6)
PEPOCH(MJD)	59173
TIMEEPH	FB90
NTOA	17
CLOCK	TT(TAI)
JUMP1(s)	0.247
EFAC	2.476
reduced 0^2	1.0
Galactic Longitude (deg)	188.0
Galactic Latitude (deg)	7.1
τ (×10^6 yr)	$>$ 4.2
B surface (×10^15 G)	<$ 0.8
dot{E} (×10^26 erg/s)	<$ 8.5

• 421.35542 s의 긴 주기 트랜지언트를 발견한 CHIME J0630+25가 타이밍 솔루션으로 회전 속도 저하 한계가 가능하나 타이밍 불확실성에 의해 제약된다는 것을 시사합니다.
• 위상-일관된 타이밍은 P = 421.35542(1) s 및 Pdot = -2.5(1.6)×10^-12 s s^-1 (1- sigma), Pdot에 대한 시프트된 상한은 1.6×10^-12 s s^-1입니다.
• YMW16 DM 모델을 사용한 거리 추정치는 170(80) pc로, CHIME J0630+25를 지금까지의 가장 가까운 LPT로 만듭니다.
• Swift-XRT를 이용한 X선 추적에서 위치화 구역 내 네 개의 근접 소스가 확인되었고, 후보 X선 대응체로 소스 2와 4가 제안됩니다.
• 방출은 복잡한 시간적 및 스펙트럼 구조를 보이나, 다중 피크를 가진 버스트들 간에 뚜렷한 준주기성이 검출되지 않았습니다.
• 현재의 단극자장 제한으로 화이트드워드 모델이 선호되지만 자력계 초고자장과 같은 펜타모델은 상한 내에서 여전히 가능성이 남아 있습니다.

Figure 2 : continued