[论文解读] Multi-wavelength observations of Isolated Neutron Stars

R. Mignani|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2012

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

一句话总结

本文综述了孤立中子星（INSs）的多波长观测，重点分析了哈勃望远镜和甚大望远镜（VLT）获取的紫外、光学和红外（UVOIR）数据。研究更新了旋转驱动脉冲星的UVOIR探测结果，包括新发现的费米γ射线脉冲星对应体，并建立了光学光度与自旋能量损失率之间的标度关系，对磁层辐射的发射效率和谱 break 现象提供了关键约束。

ABSTRACT

Almost 30 Isolated Neutron Stars (INSs) of different flavours have been identified at optical, ultraviolet, or infrared (UVOIR) wavelengths. Here, I present a short review of the historical background and describe the scientific impact of INS observations in the UVOIR. Then, I focus on UVOIR observations of rotation-powered pulsars, so far the most numerous class of INSs identified at these wavelengths, and their observational properties. Finally, I present the results of new UVOIR observations and an update of the follow-ups of gamma-ray pulsars detected by Fermi.

研究动机与目标

• 综述孤立中子星（INSs）UVOIR观测的历史发展与科学影响。
• 表征旋转驱动脉冲星（RPPs）在UVOIR波段的多波段测光与光谱特性。
• 报告费米γ射线脉冲星的新UVOIR探测与后续观测结果，包括对应体与发射效率约束。
• 利用连续谱测光与测时数据，研究INS磁层中谱 break 与辐射机制。
• 通过光学-红外观测，约束中子星冷却、表面温度各向异性和潜在碎片盘。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜（HST）和甚大望远镜（VLT）的档案数据与新观测数据，开展高分辨率UVOIR测光与光谱观测。
• 在紫外、光学与近红外波段应用连续谱测光，推导INSs的谱能量分布（SEDs）。
• 对光学与X射线光 light curves 进行测时分析，以映射辐射区域，并检测可能指示碎片盘存在的相位延迟或展宽现象。
• 利用HST与VLT的高精度天体测量数据，测量自行与视 parallax，推断空间速度并追踪脉冲星轨迹。
• 对暗弱RPPs进行偏振与光谱观测，以探测磁层磁场与辐射机制。
• 比较光学、X射线与γ射线光度，推导发射效率（ηO, ηX），并检验其与自旋能量（Erot）的标度关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 旋转驱动脉冲星在UVOIR波段的谱能量分布如何？谱 break 位于何处？
• RQ2 RPPs的光学光度如何随其自旋能量损失率变化？
• RQ3 光学观测能否分辨脉冲星风 nebulae（PWNe）并探测到钱德拉望远镜数据中未显示的扩展X射线结构？
• RQ4 费米γ射线脉冲星J1357−6429的光学对应体性质为何？其测光与天体测量特性如何？
• RQ5 光学观测是否检测到碎片盘或光曲线中的相位延迟，提示存在周恒星物质？

主要发现

• 在UVOIR波段已识别出10颗旋转驱动脉冲星与3个候选体，光学光度满足LO ∝ Erot^(1.70±0.03)，表明同步辐射占主导。
• 对于费米脉冲星J1357−6429，检测到一个候选光学对应体，其I ≈ 24.6，V > 27，R > 26.8，自行测量为μ = 0.17 ± 0.055′′/yr。
• VLT未在V > 27.6与R > 26.4极限内探测到B1046−58的光学对应体，表明ηO < 10⁻⁶，与其他RPPs一致。
• 对于J1028−5819，光学观测表明明亮恒星A可能为F型星，FX/FV ∼ 10⁻³–10⁻²，但Suzaku X射线数据支持脉冲星与幂律谱（ΓX = 1.7 ± 0.2）关联。
• Suzaku观测揭示了J1028−5819周围约6′的扩展X射线结构，其光度与9万年历史的脉冲星风 nebula（PWN）一致，LX ≈ (9.5 ± 5.9) × 10³¹ erg s⁻¹。
• VLT在R = 25.6探测到毫秒脉冲星J0610−2100的伴星，其光变曲线显示9小时周期调制，与低质量伴星（M ∼ 0.02 M☉，Teff ∼ 3500 K，R ∼ 0.14 R☉）一致。