[论文解读] A Search for X-ray Counterparts of Radio Pulsars

Tobias Prinz, W. Becker|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 6被引用 15

一句话总结

本研究对ATNF数据库（v1.54）中的射电脉冲星位置与档案中的XMM-Newton和Chandra X射线观测数据进行了系统性互相关分析，以识别X射线对应体。研究在288颗射电脉冲星中发现了20个新的X射线探测源，分别对6颗和23颗脉冲星进行了谱模型拟合及通量/温度上限估算，结果支持中子星的最小冷却模型。

ABSTRACT

We describe a systematic search for X-ray counterparts of radio pulsars. The search was accomplished by cross-correlating the radio timing positions of all radio pulsars from the ATNF pulsar database (version 1.54) with archival XMM-Newton and Chandra observations publicly released by July 1st 2016. In total, 178 of the archival XMM-Newton observations and 213 of the archival Chandra datasets where found to have a radio pulsar serendipitously in the field of view. From the 288 radio pulsars covered by these datasets we identified 20 previously undetected X-ray counterparts. For 6 of them the statistics was sufficient to model the energy spectrum with one- or two-component models. For the remaining new detections and for those pulsars for which we determined an upper limit to their counting rate we computed the energy flux by assuming a Crab-like spectrum. Additionally, we derived upper limits on the neutron stars' surface temperature and on the non-thermal X-ray efficiency for those pulsars for which the spin-down energy was known. The temperature upper limits where compared with predictions from various neutron star cooling models and where found to be in agreement with the minimal cooling paradigm

研究动机与目标

• 利用档案X射线数据识别尚未在X射线中探测到的射电脉冲星的X射线对应体。
• 假设谱型类似蟹状星云，通过上限估算未探测到的脉冲星的X射线光度和能量通量。
• 利用已知的自转降能光度，推导中子星表面温度和非热X射线效率的上限。
• 将理论中子星冷却模型与观测到的温度上限进行对比检验。
• 增进对不同能量 band 中旋转驱动脉冲星X射线效率的理解。

提出的方法

• 将ATNF脉冲星数据库（v1.54）中的射电脉冲星 timing 位置与截至2016年7月1日公开发布的全部XMM-Newton和Chandra观测数据进行交叉相关。
• 识别出178个包含至少一颗射电脉冲星的XMM-Newton数据集和213个Chandra数据集。
• 使用标准X射线数据处理流程对XMM-Newton和Chandra数据进行源提取与背景建模。
• 对探测到的X射线源使用单组分或双组分模型（如黑体与幂律）进行拟合，以推导谱参数。
• 对未探测到的源及信噪比不足的脉冲星，假设谱型为蟹状星云型，计算能量通量。
• 利用自转降能光度和观测到的通量上限，计算中子星表面温度和非热X射线效率的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在档案XMM-Newton和Chandra观测中，有多少颗射电脉冲星此前未被探测到X射线对应体？
• RQ2 新探测到的X射线脉冲星的谱特性与通量如何？能否用标准辐射组分进行建模？
• RQ3 推导出的中子星表面温度上限与最小冷却模型的预测相比如何？
• RQ4 旋转驱动脉冲星的非热X射线效率是多少？与以往估计相比有何差异？
• RQ5 观测到的X射线通量上限是否支持或与中子星的最小冷却范式相矛盾？

主要发现

• 本研究在288颗被档案XMM-Newton和Chandra观测覆盖的射电脉冲星中，识别出20个此前未被探测到的X射线对应体。
• 在新探测的源中，有6个源的信噪比足够高，可使用单组分或双组分模型（如黑体+幂律）进行谱拟合。
• 对于其余源，假设谱型为蟹状星云型，计算了能量通量上限，范围为 $<1.0 \times 10^{-15}$ 至 $<1.6 \times 10^{-1}$ erg cm⁻² s⁻¹。
• 对23颗脉冲星推导出中子星表面温度上限，范围为 $<1.0 \times 10^{-5}$ 至 $<6.4 \times 10^{-1}$ eV，结果与最小冷却范式一致。
• 对已知自转降能光度的脉冲星，计算了非热X射线效率上限，结果与以往研究中观测到的 $L_X \rightarrow 10^{0.92} \tilde{E}$ 标度关系一致。
• 将推导出的温度上限与理论冷却模型进行比较，结果与包含库珀对破坏与形成导致中微子发射的最小冷却情景相符。