[论文解读] BeppoSAX monitoring of the ``anomalous'' X-ray pulsar 4U 0142+61

G. L. Israel, T. Oosterbroek+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 1999

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 6

一句话总结

本研究利用 BeppoSAX 对异常 X 射线脉冲星 4U 0142+61 从 1997 年 1 月到 1998 年 2 月的监测，揭示其自转降速率几乎恒定，约为 ~2×10⁻¹² s s⁻¹。该源表现出双峰脉冲轮廓，相位平均谱最佳拟合为陡峭幂律谱（Γ ≈ 4），并包含一个黑体成分（kT ≈ 0.4 keV），支持其作为磁星候选体的分类，具有持续的 X 射线辐射以及与磁偶极辐射阻尼一致的长期自转演化特征。

ABSTRACT

The 8.7s X-ray pulsar 4U 0142+61 was monitored by BeppoSAX between January 1997 and February 1998. This source belongs to the rapidly growing class of "anomalous" X-ray pulsars (AXPs) which have pulse periods in the 6-12s range and no plausible optical, infrared or radio counterparts. The BeppoSAX periods measurements show that 4U 0142+61 continues its spin-down at a nearly constant rate of about 2 times 10^{-12}s s^{-1}. The 0.5-10 keV pulse shape is double peaked. The phase-averaged spectrum can be described by a steep absorbed power-law (Gamma about 4) plus a blackbody with kT = 0.4 keV. 4U 0142+61 was also detected serendipitously in a March 1996 RossiXTE observation pointed towards the nearby 1455s X-ray pulsar RX J0146.9+6121. The timing analysis results are reported for this observation and the spin history of 4U 0142+61 since 1979 is discussed.

研究动机与目标

• 利用 BeppoSAX 观测对异常 X 射线脉冲星 4U 0142+61 的长期自转演化进行监测。
• 表征 4U 0142+61 在 0.5–10 keV 能量范围内的 X 射线谱和时序特性。
• 利用档案数据和同期数据，追溯 4U 0142+61 的自转历史至 1979 年。
• 评估 4U 0142+61 的行为与磁星模型的一致性，特别是其持续辐射和自转降速率。

提出的方法

• 在 1997 年 1 月至 1998 年 2 月期间，历时 13 个月，利用 BeppoSAX 对 4U 0142+61 进行观测以监测其状态。
• 从光 light curves 中提取脉冲周期测量值，以追踪源的自转降速演化。
• 使用幂律与黑体模型的组合拟合相位平均 X 射线谱，并通过光电吸收组分考虑吸收效应。
• 将 BeppoSAX 数据的时序解与档案数据相结合，包括在 1996 年 RossiXTE 观测 RX J0146.9+6121 时的一次偶然探测。
• 利用整个观测基线的相位相干时序分析，计算自转降速率和周期导数。
• 通过结合 1979 年至 1998 年的数据重建自转历史，以与磁阻尼理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 4U 0142+61 的长期自转降速率是多少？其是否随时间保持恒定？
• RQ2 4U 0142+61 在 0.5–10 keV 能段的谱特性是什么？其暗示了何种物理组分？
• RQ3 4U 0142+61 的脉冲轮廓如何变化？其双峰形状对辐射几何结构有何启示？
• RQ4 4U 0142+61 观测到的自转演化是否可由磁偶极辐射模型解释？
• RQ5 在 1996 年 RossiXTE 对附近脉冲星 RX J0146.9+6121 的观测中偶然探测到 4U 0142+61 具有何重要意义？

主要发现

• 4U 0142+61 的自转降速率几乎恒定在约 2×10⁻¹² s s⁻¹，表明其旋转能量损失稳定。
• 4U 0142+61 在 0.5–10 keV 的脉冲轮廓为双峰，暗示复杂的辐射束几何结构或多个辐射区域。
• 相位平均 X 射线谱最佳拟合为光子指数 Γ ≈ 4 的陡峭幂律谱，外加一个 kT ≈ 0.4 keV 的黑体成分。
• 该源在 1996 年 RossiXTE 对 RX J0146.9+6121 的观测中被偶然探测到，证实其具有持续的 X 射线辐射，并支持扩展的时序分析。
• 基于自 1979 年以来的数据重建的 4U 0142+61 自转历史显示其自转降速一致，支持其具有磁星起源，且符合磁偶极辐射阻尼模型。
• 4U 0142+61 的谱和时序特性与其他异常 X 射线脉冲星一致，进一步支持其作为磁星的分类。