[論文レビュー] Detailed high-energy characteristics of AXP 1RXS J170849-400910 - Probing the magnetosphere using INTEGRAL, RXTE and XMM-Newton

P. R. den Hartog, L. Kuiper+1 more|ArXiv.org|Apr 10, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 71被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、INTEGRAL、RXTE、XMM-Newtonのデータを用いて、2.8–270 keVのエネルギー範囲でAXP 1RXS J170849-400910に対する最初の詳細な位相分解スペクトル解析を実施した。これにより、軟らかく（Γ=3.54）、硬く（Γ=0.99）、曲がった（logparabolic）の3つの異なるスペクトル成分が特定され、それらの正規化が位相に依存することから、複雑な磁気圏放射過程が示唆された。結果として、9年間にわたる長期間にわたりスペクトルおよびパルス波形の安定性が確認され、3次元幾何学的構造と複数の放射メカニズムを必要とするモデルが制限された。

ABSTRACT

We present detailed spectral and temporal characteristics over the whole X-ray band. For this purpose data have been used from INTEGRAL, RXTE and XMM-Newton. The INTEGRAL hard X-ray (>10 keV) time-averaged total spectrum, can be described by a power law with a photon index Gamma = 1.13 +/- 0.06 and extends to ~175 keV. No evidence for a spectral break is found. No significant long-term time variability has been detected above 20 keV. Pulsed emission is measured up to 270 keV (12.3 sigma; 20-270 keV). Three different pulse components can be recognized in the pulse profiles: 1) a hard pulse which contributes above ~4 keV, 2) a softer pulse not contributing in the hard X-ray domain and 3) a very soft pulse component below 2 keV. Detailed phase-resolved spectroscopy of the pulsed emission confirms long-term stability. The spectral shape gradually changes with phase from a soft single power law to a complex multi-component shape and then to a hard single power law. The spectrum switches from a very hard (Gamma = 0.99 +/- 0.05) to a very soft (Gamma = 3.58 +/- 0.34) single power-law shape within a 0.1-wide phase interval. We identify three independent components. The three shapes are a soft power law, a hard power law and a curved shape. The phase distributions of the normalizations of these spectral components form three decoupled pulse profiles. The soft component peaks around phase 0.4 while the other two components peak around phase 0.8. The width of the curved component (~0.25 in phase) is about half the width of the hard component.

研究の動機と目的

• 複数ミッションのデータを用いて、X線バンド全域におけるAXP 1RXS J170849-400910の高エネルギー領域におけるスペクトル的・時間的特性を調査すること。
• 硬いX線領域におけるパルス放射の起源とエネルギー依存的形状を特定すること。
• 異なるスペクトル成分が磁気圏内の異なる領域から起因するという仮説を検証すること。
• 9年間の期間をカバーする長期間にわたるスペクトルおよびパルス波形の安定性を評価すること。
• 位相依存のスペクトル成分とその幾何的分布を特定することで、磁気圏放射モデルを制限すること。

提案手法

• 9年間にわたるINTEGRAL（IBIS/ISGRI）、RXTE（PCAおよびHEXTE）、XMM-Newtonのデータを用いた、時間平均および位相分解スペクトル解析。
• スペクトル成分を記述するために、パワー則、折りたたみパワー則、および対数パラボリック関数を用いた全スペクトルおよびパルススペクトルのモデリング。
• 2.8–270 keVの範囲で位相分解スペクトル解析を実施し、エネルギー依存のスペクトル形状および正規化プロファイルを抽出すること。
• 0.5 keVから270 keVまでのパルス波形を分析し、形態的変化およびパルス成分を特定すること。
• 25.5 ksのXMM-Newton観測を用いて、2–3 keVで不連続性を検出。これは曲がったスペクトル成分と解釈された。
• 4U 0142+61に関する先行研究と比較することで、広範なマグネター集団における研究結果の文脈を明らかにすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AXP 1RXS J170849-400910のスペクトル的特徴は2.8–270 keVのエネルギー範囲でどのように変化するのか？ また、それらは位相に依存してどのように変化するのか？
• RQ2 20 keV未満で著しいパルス波形の変化が生じる原因は何か？ そして、それらは異なるスペクトル成分とどのように関連しているのか？
• RQ3 硬いX線放射はパルス的であるか？ また、パルスが検出された最高エネルギーはどの程度か？
• RQ4 スペクトル成分（軟らかく、硬く、曲がった）は、磁気圏内のどの異なる領域に対応しているのか？
• RQ5 パルス波形およびスペクトルの長期間安定性は、放射メカニズムおよび磁気圏幾何学的構造にどのような示唆をもたらすのか？

主な発見

• 時間平均スペクトル（20–175 keV）は、光子指数Γ = 1.13 ± 0.06のパワー則でよく記述され、175 keVまで延び、フラックスは(7.76 ± 0.34) × 10⁻¹¹ erg cm⁻² s⁻¹であった。
• パルス放射は270 keVまで12.3σの有意性で検出され、AXPで観測された最高エネルギーのパルス放射であることが示された。
• 3つの明確なスペクトル成分が特定された：軟らかく（Γ = 3.54）、硬く（Γ = 0.99）、曲がった（logparabolic）成分。
• 軟らかく成分は位相0.4にピークを示し、硬くおよび曲がった成分は位相0.8にピークを示した。曲がった成分の位相幅は約0.25であり、硬い成分の約半分であった。
• 0.1の位相幅内で、非常に硬い（Γ = 0.99 ± 0.05）から非常に軟らかい（Γ = 3.58 ± 0.34）へとスペクトル形状が急激に変化しており、鋭いスペクトル変化を示している。
• 位相分解スペクトルはエポック間で滑らかに接続されており、9年間にわたるパルス波形およびスペクトル形態の長期間安定性が確認された。