[논문 리뷰] The X-ray emission properties of millisecond pulsars

W. Becker, J. Trümper|arXiv (Cornell University)|1998. 06. 30.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 ROSAT, ASCA, 및 EUVE 데이터를 사용하여 구리 9개의 밀리초 펄사의 X선 복사 특성을 분석하며, 그들의 X선 스펙트럼은 가장 잘 만족되는 파wr-레인지 모형으로 설명되며 펄스 프로파일은 라디오 프로파일과 강한 유사성을 보인다. 주요 결과는 스핀다운 파wer와 X선 광도 사이의 상관관계, 비열성 스펙트럼이 이들 오래된 고속으로 돌진하는 중성자별에서 발생하는 방출의 대부분이 비열성 기원을 가짐을 지지하며, 이는 아마도 자기장 또는 풍속 과정에 기인할 것이다.

ABSTRACT

Until now X-radiation from nine millisecond pulsars has been detected. In the present paper we summarize the observations and show the results of a re-analysis of archival ROSAT data. In addition we present the results of recent observations of PSR J0437-4715 with the ROSAT PSPC and HRI detectors. We show that the pulsed fraction is independent of energy in the range 0.1-2.4 keV. The pulse width as measured at X-ray energies is comparable with that observed in the radio domain. An upper limit for the X-ray luminosity of the pulsar's bow-shock visible in H_alpha is found to be L_x < 2 x 10^29 erg/s (d/180pc)^2. We further report on the discoveries of PSR J1024-0719, J1744-1134 and J2124-3358 with the ROSAT-HRI, making them the first solitary galactic millisecond pulsars detected at X-ray energies. The pulse profile of PSR J2124-3358 shows marginal evidence for a double peak structure. We finally discuss the observed emission properties of the detected millisecond pulsars and conclude that the measured power-law spectra and pulse profiles together with the close correlation between the pulsar's spin-down energy and the observed X-ray luminosity suggests a non-thermal origin for the bulk of the observed X-rays.

연구 동기 및 목표

• 기존 및 신규 ROSAT 데이터를 사용하여 밀리초 펄사의 연한 X선 복사 특성을 특성화하기 위해.
• 스펙트럼 및 타이밍 특성에 기반하여 X선 방출이 열성 또는 비열성 과정에서 기인하는지 판단하기 위해.
• 최근 발견된 고립형 밀리초 펄사, 특히 PSR J2124−3358의 X선 방출을 식별하고 분석하기 위해.
• 펄사의 스핀다운 에너지와 관측된 X선 광도 사이의 관계를 조사하여 방출 메커니즘을 추론하기 위해.
• 방출 모형의 차별화를 위해 에너지 대역 전체에서 펄스 프로파일 형태와 펄스 분율의 중요성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 소스 탐지 및 배경 제거를 위해 EXSAS 소프트웨어를 사용하여 기존 ROSAT PSPC 및 HRI 데이터를 재분석하였다.
• 최대우도 및 스퍼링-피팅 기법을 적용하여 소스 카운트율을 추출하고 사망 시간 및 빛 통과율 보정을 실시하였다.
• 스펙트럼 데이터가 가용한 경우 파워-레인지 모형을 가정하여 펄스 위상 평균 스펙트럼 피팅을 수행하였다.
• 스펙트럼 피팅이 불가능한 경우 측정된 카운트율, 가정된 거리, 흡수 열두(NH), 스펙트럼 기울기(α ≈ −2)를 사용하여 X선 광도를 추정하였다.
• 방출 기하학을 평가하기 위해 라디오 및 X선 펄스 프로파일을 비교하였다.
• 라디오 타이밍 해법에서 유도된 스핀다운 파워(Ė)를 계산하고 관측된 X선 광도와 비교하여 X선 효율을 산정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀리초 펄사의 X선 방출 특성은 어떤 스펙트럼적 성질을 가지며, 이는 열성 또는 비열성 방출 메커니즘을 어떻게 지지하는가?
• RQ2 밀리초 펄사의 X선 펄스 프로파일은 위상과 형태에서 라디오 펄스 프로파일과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 펄사의 스핀다운 광도(Ė)와 관측된 X선 광도 사이에 상관관계가 있는가? 이는 방출 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 이진 병행성이 존재하지 않는 고립형 밀리초 펄사, 예를 들어 PSR J2124−3358의 X선 방출 기원은 무엇인가?
• RQ5 관측된 X선 광도와 펄스 분율은 극지역에서의 열성 방출으로 설명될 수 있는가, 아니면 비열성 과정이 필요한가?

주요 결과

• 밀리초 펄사의 X선 방출은 파워-레인지 스펙트럼으로 가장 잘 기술되며, 이는 복사의 대부분이 비열성 기원을 가짐을 시사한다.
• PSR J0437−4715의 펄스 분율은 0.1–2.4 keV 범위에서 에너지에 독립적이며, 연한 X선 대역 전체에서 안정된 방출 메커니즘이 존재함을 지지한다.
• PSR J0437−4715의 X선 펄스 폭은 라디오 펄스 폭과 일치하며, 동일한 방출 영역 또는 기하학적 배치를 시사한다.
• PSR J0437−4715와 관련된 Hα Bow-shock의 X선 광도에 대해 상한 Lx < 2×10²⁹ erg s⁻¹ 이 발견되었다.
• PSR J2124−3358는 X선 펄스 프로파일에서 이중피크 구조에 대한 약간의 증거를 보이며, 436 MHz에서의 라디오 프로파일과의 위상 일치는 유사성을 암시한다.
• 밀리초 펄사의 X선 효율(Lx/Ė)은 약 0.4–0.6×10⁻³이며, 이는 더 어린 크랩-유사 펄사와 일치하여 비열성 기원을 더욱 강력히 지지한다.