[論文レビュー] The X-ray emission properties of millisecond pulsars

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

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、ROSAT、ASCA、EUVEのデータを用いて9個のミリ秒パulsarのX線放射を分析し、そのX線スペクトルが最も適切にパワー則で記述され、パルス波形が電波パルス波形と強く類似していることを明らかにした。主な結果として、パルスの減速エネルギーとX線放射度の相関関係に加え、非熱的スペクトルが、これらの古く高速回転する中性子星における磁気圏または風過程による非熱的起源であることを支持しており、放射の大部分は非熱的であると考えられる。

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.

研究の動機と目的

• アーカイブおよび新規のROSATデータを用いて、ミリ秒パルサーのソフトX線放射特性を特徴付けること。
• スペクトル的および時間的性質に基づき、X線放射が熱的過程か非熱的過程かを特定すること。
• 新たに発見された単独のミリ秒パルサー、特にPSR J2124−3358のX線放射を特定・分析すること。
• パルサーの減速エネルギーと観測されたX線放射度の関係を調査し、放射メカニズムを推定すること。
• 放射モデルの区別に向け、エネルギー帯域にわたるパルス波形の形状とパルス分率の有意性を評価すること。

提案手法

• EXSASソフトウェアを用いて、アーカイブのROSAT PSPCおよびHRIデータを再分析し、源検出およびバックグラウンド除去を実施した。
• 最大尤度法およびスプラインフィッティング手法を用いて、源のカウントレートを抽出し、デッドタイムおよびビンネット効果を補正した。
• パルス位相平均スペクトルフィッティングを実施し、スペクトルデータが利用可能な場合にはパワー則モデルを仮定して光子指数を決定した。
• スペクトルフィッティングが不可能な場合、測定されたカウントレート、仮定された距離、吸収係数（NH）、スペクトル指数（α ≈ −2）を用いてX線放射度を推定した。
• 電波パルス波形とX線パルス波形を比較し、位相整合性と放射の幾何学的配置を評価した。
• 電波タイミング解を用いて減速エネルギー（Ė）を計算し、観測されたX線放射度と比較することでX線効率を算出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリ秒パルサーからのX線放射のスペクトル的性質は何か？ これは熱的か非熱的放射メカニズムを支持するか？
• RQ2 ミリ秒パルサーのX線パルス波形は、位相および形状の面で電波パルス波形とどのように類似しているか？
• RQ3 パルサーの減速放射度（Ė）と観測されたX線放射度の間に相関関係があるか？ これは放射メカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 双星の伴星が存在しない孤立ミリ秒パルサー（例：PSR J2124−3358）におけるX線放射の起源は何か？
• RQ5 観測されたX線放射度およびパルス分率は、極域からの熱的放射で説明可能か？ それとも非熱的プロセスを必要とするか？

主な発見

• ミリ秒パルサーからのX線放射は、パワー則スペクトルで最も適切に記述され、放射の大部分は非熱的起源であることを示唆している。
• PSR J0437−4715におけるパルス分率は0.1–2.4 keVのエネルギー範囲でエネルギー依存性を示さず、ソフトX線帯域全体で安定した放射メカニズムが維持されていることを支持する。
• PSR J0437−4715のX線パルス幅は電波パルス幅と一致しており、同じ放射領域または幾何的配置を示唆している。
• PSR J0437−4715に伴うHαバッシュショックのX線放射度に対して、Lx < 2×10²⁹ erg s⁻¹の上限が得られた。
• PSR J2124−3358は、X線パルス波形に二重ピーク構造のわずかな証拠を示し、436 MHzでの電波パルス波形と類似した位相配置を示唆している。
• ミリ秒パルサーのX線効率（Lx/Ė）は約0.4–0.6×10⁻³であり、若いカブス型パルサーと同等であり、非熱的起源をさらに支持する。