[论文解读] Observations of Isolated Neutron Stars with the ESO Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator

R. Mignani, R. Falomo+11 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2008

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用 4

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/多孔径自适应光学演示仪（VLT/MAD）对两个孤立中子星RX J0420.0−5022和RX J1856.5−3754进行了深度近红外（Ks波段）观测，旨在寻找其近红外对应体，以检验X射线暗淡孤立中子星（XDINSs）与磁星之间演化关联的假设。尽管灵敏度很高，但两源均未被探测到，其3σ极限分别为Ks ~ 21.5和Ks ~ 20，表明需要更深度的观测以约束近红外发射机制，并检验磁星-XDINS演化关联。

ABSTRACT

High-energy observations have unveiled peculiar classes of isolated neutron stars which, at variance with radio pulsars, are mostly radio silent and not powered by the star rotation. Among these objects are the magnetars, hyper-magnetized neutron stars characterized by transient X-ray/gamma-ray emission, and neutron stars with purely thermal, and in most cases stationary, X-ray emission (a.k.a., X-ray dim isolated neutron stars or XDINSs). While apparently dissimilar in their high-energy behavior and age, both magnetars and XDINSs have similar periods and unusually high magnetic fields. This suggests a tantalizing scenario where the former evolve into the latter.Discovering so far uninvestigated similarities between the multi-wavelength properties of these two classes would be a further step forward to establish an evolutionary scenario. A most promising channels is the near infrared (NIR) one, where magnetars are characterized by a distinctive spectral flattening with respect to the extrapolation of the soft X-ray spectrum.We observed the two XDINSs RX J0420.0-5022 and RX J1856.5-3754 with the Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator (MAD) at the Very Large Telescope (VLT) as part of the instrument guaranteed time observations program, to search for their NIR counterparts. Both RX J1856.5-3754 and RX J0420.0-5022 were not detected down to K_s ~20 and Ks ~21.5, respectively. In order to constrain the relation between XDINSs and magnetars it would be of importance to perform deeper NIR observations. A good candidate is 1RXS J214303.7+065419 which is the XDINS with the highest inferred magnetic field.

研究动机与目标

• 调查X射线暗淡孤立中子星（XDINSs）是否表现出与磁星类似的近红外（NIR）光谱平坦化，这可能支持两类天体之间的演化关联。
• 检验磁层或吸积盘残余物在XDINSs中产生可探测近红外辐射的假设。
• 约束XDINSs相对于自转脉冲星和磁星的近红外发射效率。
• 识别未来深度近红外研究中最具前景的候选体，特别是高磁场XDINSs。

提出的方法

• 利用帕拉纳天文台甚大望远镜（VLT）上的多共轭自适应光学演示仪（MAD）进行Ks波段观测。
• 采用自适应光学技术实现衍射极限的成像质量，提高在密集场中的灵敏度和源检测能力。
• 通过孔径光度测量和基于源拟合算法的源提取方法进行光度分析，以确定流量上限。
• 基于背景噪声和信噪比计算3σ检测极限，并与先前的ISAAC H波段数据进行验证。
• 将观测到的流量上限与理论模型进行比较，包括中子星表面的黑体辐射和吸积盘残余物模型。
• 评估近红外发射效率（ηNIR = L_NIR / Ė），并与自转脉冲星和磁星的值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 RX J0420.0−5022和RX J1856.5−3754等XDINSs是否表现出与磁星类似的近红外光谱平坦化，表明存在共同的辐射机制？
• RQ2 在Ks波段未探测到这些源是否与中子星表面或吸积盘残余物的热辐射模型一致？
• RQ3 XDINSs的近红外发射效率（ηNIR）上限是多少？其与磁星和自转脉冲星的比较结果如何？
• RQ4 1RXS J214303.7+065419中异常高的光学发射是否可由非热磁层辐射或吸积盘解释？其在近红外波段是否可探测？

主要发现

• 在Ks波段，对RX J0420.0−5022未探测到显著的近红外对应体，3σ极限星等为Ks ~ 21.5。
• 在Ks波段，对RX J1856.5−3754未探测到显著的近红外对应体，3σ极限星等为Ks ~ 20。
• Ks波段的流量上限远高于X射线和光学谱的瑞利-金斯外推值，表明观测到的光学流量无法通过简单的黑体外推解释。
• 基于当前的上限，无法排除这些XDINSs的近红外发射效率（ηNIR）与自转脉冲星或磁星相当。
• 观测到的流量上限与中子星表面的黑体谱或吸积盘模型一致，具体取决于吸积盘的大小和吸积率。
• 由于其推断的高磁场和异常的光学发射，1RXS J214303.7+065419仍是未来深度近红外观测的最理想候选体。