[论文解读] A BeppoSAX observation of the X-ray pulsar 1E 2259+586 and the supernova remnant G109.1-1.0 (CTB 109)

A. N. Parmar, T. Oosterbroek+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 1997

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 5

一句话总结

本研究基于 BeppoSAX 对 7 秒 X 射线脉冲星 1E 2259+586 及其相关超新星遗迹 G109.1-1.0（CTB 109）的观测，确认了该脉冲星谱线中存在一个持续的 0.44 keV 黑体辐射成分，并发现该超新星遗迹的 X 射线辐射源自约 15–20 M☉ 的轻微富集、被扫掠的周星际物质，其非平衡电离年龄约为 3000 年，温度为 0.95 keV。

ABSTRACT

The 7 s X-ray pulsar 1E2259+586 and the supernova remnant (SNR) G109.1-1.0 (CTB 109) were observed by BeppoSAX in 1996 November. The pulse period of 6.978914 +/- 0.000006 s implies that the source continues its near constant spin-down trend. The 0.5-10 keV pulse shape is characterized by a double peaked profile, with the amplitude of the second peak ~50% of that of the main peak. The pulse profile does not exhibit any strong energy dependence. We confirm the ASCA discovery of an additional low-energy spectral component from 1E2259+586. This can best be modeled as a 0.44 keV blackbody, but we cannot exclude that some, or all, of this emission arises from the part of the SNR that lies within the pulsar's extraction region. The spectrum of G109.1-1.0 is well fit with a non-equilibrium ionization plasma model with a best-fit temperature of 0.95 keV. The derived mass for the X-ray emitting plasma (~15-20 solar masses) and its near cosmic abundances imply that the X-ray emission comes mainly from mildly enriched, swept-up circumstellar material. The spectrum is strongly out of equilibrium with an ionization age of only 3000 yr. This age is in good agreement with that derived from hydrodynamic simulations of the SNR using the above X-ray temperature.

研究动机与目标

• 研究 7 秒脉冲星 1E 2259+586 及其相关超新星遗迹 G109.1-1.0（CTB 109）的 X 射线辐射特性。
• 确定先前由 ASCA 在 1E 2259+586 中探测到的低能谱成分的起源。
• 表征超新星遗迹中 X 射线辐射等离子体的物理条件，包括温度、电离状态和质量。
• 评估所推导的电离年龄与遗迹演化流体动力学模型的一致性。

提出的方法

• 于 1996 年 11 月利用 BeppoSAX 卫星对 1E 2259+586 和 G109.1-1.0 进行了一次深度 X 射线观测。
• 在 0.5–10 keV 能量 band 内分析脉冲轮廓，以研究能量依赖的变异性并确定脉冲形状特征。
• 通过功率律与黑体成分的组合拟合脉冲星谱线，以分离低能发射特征。
• 采用非平衡电离（NEI）等离子体模型对 SNR 谱线进行建模，以推导温度、电离年龄和元素丰度。
• 结合所推导的温度和电离年龄与流体动力学模拟，估算 X 射线辐射等离子体的质量。
• 评估低能成分的空间扩展性，以区分脉冲星与 SNR 的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 1E 2259+586 谱线中探测到的 0.44 keV 黑体辐射成分的本质及其起源是什么？
• RQ2 1E 2259+586 的脉冲轮廓如何随能量变化？是否存在显著的谱线软化现象？
• RQ3 超新星遗迹 G109.1-1.0 中 X 射线辐射等离子体的物理条件——包括温度、电离年龄和质量——是什么？
• RQ4 所推导的 SNR 电离年龄是否与基于观测 X 射线温度的遗迹演化流体动力学模型一致？
• RQ5 观测到的 SNR X 射线辐射在多大程度上起源于超新星爆发期间扫掠的周星际物质？

主要发现

• 1E 2259+586 的脉冲周期为 6.978914 ± 0.000006 秒，证实其存在持续的自转减慢趋势。
• 脉冲轮廓呈现双峰结构，第二瓣的幅度约为主瓣的 50%，且无显著的能量依赖性。
• 确认存在一个 0.44 keV 的低能谱成分，最佳拟合为黑体辐射，但其起源在脉冲星与周围 SNR 之间仍不明确。
• SNR 谱线可良好地由非平衡电离等离子体模型拟合，最佳拟合温度为 0.95 keV，电离年龄约为 3000 年。
• 所推导的 X 射线辐射等离子体质量约为 15–20 个太阳质量，与轻微富集、被扫掠的周星际物质一致。
• 3000 年的电离年龄与基于观测 X 射线温度的流体动力学模拟结果高度一致，支持该遗迹为年轻且正在演化的模型。