[论文解读] Long-term Monitoring of Accreting Pulsars with Fermi GBM

Mark H. Finger, E. Beklen+10 more|ArXiv.org|Dec 19, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 4被引用 16

一句话总结

本文利用费米GBM对17个吸积脉冲星进行了长期监测，采用经验背景减去法和实时响应矩阵计算，检测并追踪了这些系统的脉动信号。研究揭示了多样的自转行为，包括扭矩切换、类似随机游走的频率演化以及混合型爆发，为吸积物理和双星系统中的角动量转移提供了新见解。

ABSTRACT

Using the Gamma ray Burst Monitor (GBM) on Fermi we are monitoring accreting pulsar systems. We use the rates from GBM's 12 NaI detectors in the 8-50 keV range to detect and monitor pulsations with periods between 0.5 and 1000 seconds. After discussing our analysis approach we present results for individual sources from the first year of monitoring. Updated figures for these and other sources are available at http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/science/pulsars/ .

研究动机与目标

• 利用费米GBM的全天覆盖能力，建立对吸积脉冲星的连续、长期监测系统。
• 通过在银河系平面内每日进行盲搜，检测此前未知或新激活的脉冲星。
• 使用针对源的脉冲搜索方法，精确追踪已知源的自转频率、脉动流量和脉冲轮廓演化。
• 研究不同脉冲星系统中自转演化及吸积驱动的扭矩行为，包括Be/X射线双星、盘供流超巨星和LMXBs。
• 通过专用网络门户，向公众提供17个检测到的系统更新后的光 light curves 和频率历史数据。

提出的方法

• 筛选费米GBM的NaI探测器计数率数据，以去除磷光、爆发和粒子事件，以及快速航天器旋转的区间。
• 采用包含明亮源分量和刚性、统计约束的样条函数的背景模型进行经验背景减去，参数具有探测器特异性。
• 实时计算随时间变化的探测器响应矩阵，以考虑费米卫星姿态和几何结构的变化。
• 通过最小化卡方统计量来估计可变流量分量，将残差率与按流量变化ΔFk缩放的模型预测率进行比较。
• 每日在银河系平面的24个源方向上使用基于FFT的方法进行盲搜，频率范围为1 mHz至2 Hz。
• 使用质心修正和轨道校正时间进行针对源的脉冲搜索，通过在短数据区间内进行相位偏移和轮廓相加，以提高灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在可变吸积条件下，吸积脉冲星的自转频率和脉动流量在长 timescales（年）内如何演化？
• RQ2 在像Cen X-3和OAO 1657-415这样的盘供流超巨星脉冲星中，导致扭矩切换行为的物理机制是什么？
• RQ3 像Vela X-1和GX 301-2这样的风供流超巨星脉冲星的自转演化，与盘供流或LMXB系统相比有何异同？
• RQ4 对于像GX 1+4和Her X-1这样的持续性LMXB，其长期自转减速或加速率的趋势如何？这些趋势与流量有何关联？
• RQ5 GBM监测系统能否实时检测到瞬态爆发和新脉冲星？其灵敏度与盲搜和源特定搜索策略相比如何？

主要发现

• GBM监测系统成功检测到17个吸积脉冲星系统，其中包括4个具有未知轨道周期的暂现源。
• Cen X-3表现出持续的扭矩切换行为，交替出现自转加速和自转减速状态，且不简单地与流量相关，表明吸积盘动力学复杂。
• Vela X-1的自转频率演化与白扭矩噪声（随机游走）一致，这是遮掩系统中风供流吸积的典型特征。
• OAO 1657-415表现出扭矩切换行为，表明其恒星风可形成稳定的吸积盘，与Vela X-1不同。
• EXO 2030+375表现出典型的I型爆发行为，爆发期间逐渐自转加速；而A 1118-615则表现出一次单个巨型II型爆发。
• A 0535+26表现出I型和II型行为的混合特征，经历多次正常爆发后最终进入一次仍在进行中的巨型爆发。