[论文解读] CHIME/FRB/Pulsar discovery of a nearby long period radio transient with a timing glitch

Fengqiu Adam Dong, T. E. Clarke+23 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2024

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用 5

一句话总结

本论文报道了发现一个邻近的长周期射电瞬变 CHIME J0630+25，周期约为 ~421 s，具有相位一致的定时，并基于定时和多波长跟进对其本质（中子星 vs 白矮星）的约束。

ABSTRACT

We present the discovery of a 421 s long period radio transient (LPT) using the CHIME telescope, CHIME J0630+25. The source is localized to RA=06:30:38.4$\pm1'$ Dec=25:26:24$\pm1'$ using voltage data acquired with the CHIME baseband system. A timing analysis shows that a model including a glitch is preferred over a non-glitch model with $dF/F=1.3 imes10^{-6}$, consistent with other glitching neutron stars. The timing model suggests a surface magnetic field of $\sim1.5 imes10^{15}$ G and a characteristic age of $\sim1.28 imes10^{6}$ yrs. A separate line of evidence to support a strong local magnetic field is an abnormally high rotation measure of $RM=-347.8(6) \mathrm{rad\, m^{-2}}$ relative to CHIME J0630+25's modest dispersion measure of 22(1) pc cm$^{-2}$, implying a dense local magneto-ionic structure. As a result, we believe that CHIME J0630+25 is a magnetized, slowly spinning, isolated neutron star. This marks CHIME J0630+25 as the longest period neutron star and the second long period neutron star with an inferred magnetar-like field. Based on dispersion measure models and comparison with pulsars with distance measurements, CHIME J0630+25 is located at a nearby distance of 170$^{+310}_{-100}$ pc (95.4\%), making it an ideal candidate for follow-up studies.

研究动机与目标

• 使用 CHIME/FRB 和 CHIME/Pulsar 仪器识别并表征新发现的长周期射电瞬变。
• 获得相位一致的定时解并推导磁场、年龄及可能的本质（中子星 vs 白矮星）的约束。
• 通过色散测量评估距离，并探索多波长的对应体以理解发射机制。

提出的方法

• 使用 CHIME/FRB 进行 CHIME J0630+25 的初始瞬变检测。
• 随后使用 CHIME/Pulsar 进行高时间分辨率光谱学和 TOA 测量。
• 应用脉冲星定时工具（rrat_period, TEMPO2, PINT）以获得相位一致的定时。
• 使用 YMW16 银河电子密度模型计算距离，并与附近的 LPTs 进行比较。
• 使用 Swift-XRT 搜索 X 射线对应体并分析光谱性质。
• 将观测特征与中子星和白矮星发射模型进行比较以评估可行性。

Figure 1 : The collection of pulses from CHIME J0630+25 detected by CHIME/Pulsar. The top panel for each burst contains frequency averaged and dedispersed time series. The second panel shows the dynamic spectrum of each burst, and the bottom panel show the dedispersion heat map for each burst. The d

实验结果

研究问题

• RQ1 CHIME J0630+25 的自转周期和自旋行为是什么，是否可以建立相位一致的定时解？
• RQ2 CHIME J0630+25 的长周期射电发射更符合中子星（脉冲星/磁星）起源还是白矮星起源？
• RQ3 定时参数对磁场、年龄和能量损失的含义是什么？
• RQ4 多波长观测（X 射线）可以揭示潜在对应体及邻近环境的哪些信息？

主要发现

属性	数值
名称	CHIME J0630+25
R.A. (hh:mm:ss)	06h30m43s b1 6'
Dec (dd:mm:ss)	25°23′14″
P (s)	421.35542(1)
Pdot (×10^-12 ss^-1)	-2.5(1.6)
PEPOCH(MJD)	59173
TIMEEPH	FB90
NTOA	17
CLOCK	TT(TAI)
JUMP1(s)	0.247
EFAC	2.476
reduced 0^2	1.0
Galactic Longitude (deg)	188.0
Galactic Latitude (deg)	7.1
τ (×10^6 yr)	$>$ 4.2
B surface (×10^15 G)	<$ 0.8
dot{E} (×10^26 erg/s)	<$ 8.5

• 发现一个 421.35542 s 的长周期瞬变 CHIME J0630+25，定时解表明可能的自旋减速极限，但受定时不确定性限制。
• 相位一致的定时给出 P = 421.35542(1) s 和 Pdot = -2.5(1.6)×10^-12 s s^-1 (1- sigma)，并将 Pdot 的上限移至 1.6×10^-12 s s^-1。
• 使用 YMW16 DM 模型估计距离为 170(80) pc，使 CHIME J0630+25 成为迄今为止最近的 LPT。
• Swift-XRT 的 X 射线跟进在定位区域内识别出四个附近源；被提议的可能 X 射线对应体是源 2 和源 4。
• 无线电爆发显示出复杂的时域和频谱结构；在具有多个峰值的爆发中未检测到显著的准周期性。
• 比较表明在当前偶极场强的限制下，白矮星模型较为符合；磁星样场仍然在上限内是可能的。

Figure 2 : continued