[论文解读] The Neutron Star in the Supernova Remnant PKS 1209-52

V. E. Zavlin, George G. Pavlov+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 1997

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 6

一句话总结

本文使用中子星大气模型重新分析了ROSAT和ASCA对超新星遗迹PKS 1209-52中中子星候选体的软X射线数据，发现其表面温度更合理，为(1.4–1.9)×10⁶ K，距离为1.6–3.3 kpc，相较于黑体拟合得出的不切实际的值更为合理。结果表明中子星的磁场可能较弱或极强，且氢柱密度与独立测量结果一致。

ABSTRACT

We re-analyzed soft X-ray data collected with the ROSAT and ASCA observatories on a candidate neutron star (NS) near the center of the supernova remnant PKS 1209-52. We fitted the observed spectra with NS atmosphere models. The hydrogen atmosphere fits yield more realistic parameters of the NS and the intervening hydrogen column than the traditional blackbody fit. In particular, for a NS of mass 1.4 M_\odot and radius 10 km, we obtained the NS surface temperature T_{eff}=(1.4-1.9)*10^6 K and distance d=1.6-3.3 kpc versus T=(4.2-4.6)*10^6 K and (implausible) d=11-13 kpc for the blackbody fit, at a 90% confidence level. Our fits suggest that the surface magnetic field is either very weak, B < 10^{10} G, or it exceeds 2*10^{12} G. The hydrogen column density inferred from the atmosphere fits, n_H=(0.7-2.2)*10^{21} cm^{-2}, agrees fairly well with independent estimates obtained from UV observations of nearby stars, radio data, and X-ray spectrum of the shell of the supernova remnant, whereas the blackbody and power-law fits give considerably lower and greater values, n_H=(0.2-0.4)*10^{21} and (5.2-7.0)*10^{21} cm^{-2}, respectively. The inferred NS surface temperature is consistent with standard NS cooling models.

研究动机与目标

• 利用更新的谱线建模方法重新评估超新星遗迹PKS 1209-52中中子星的物理参数。
• 解决以往黑体拟合中出现的不一致问题，这些问题是由于得出的温度和距离估计值不切实际所致。
• 通过谱线拟合确定中子星表面磁场强度是弱还是极强。
• 将推断的氢柱密度与来自紫外、射电和X射线数据的独立天体测量结果进行比较。
• 检验推导出的中子星参数是否与标准冷却模型一致。

提出的方法

• 重新分析了ROSAT和ASCA对PKS 1209-52中中子星的软X射线谱。
• 使用以氢为主的表面的中子星大气模型对观测谱进行拟合。
• 将氢大气模型的结果与传统的黑体和幂律谱拟合结果进行比较。
• 采用质量为1.4 M⊙、半径为10 km的中子星模型，在90%置信水平下约束温度和距离。
• 从大气模型拟合中推断氢柱密度，并与紫外、射电和X射线数据的外部估计值进行比较。
• 通过检验观测谱是否与弱磁场（B < 10¹⁰ G）或强磁场（B > 2×10¹² G）一致，评估磁场强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用真实的中子星大气物理模型时，PKS 1209-52中中子星的真实表面温度和距离是多少？
• RQ2 与传统的黑体拟合结果相比，氢大气模型推导出的参数有何不同？
• RQ3 谱线拟合对中子星表面磁场强度施加了哪些约束？
• RQ4 从大气模型拟合中推断的氢柱密度是否与紫外、射电和X射线观测的独立测量结果一致？
• RQ5 推导出的中子星参数是否与标准中子星冷却模型的预测相符？

主要发现

• 氢大气模型在90%置信水平下得出的表面温度为(1.4–1.9)×10⁶ K，距离为1.6–3.3 kpc，这些结果在物理上是合理的。
• 相比之下，黑体拟合得出的温度高达(4.2–4.6)×10⁶ K，距离达11–13 kpc，极不现实。
• 从大气模型拟合中推断的氢柱密度为(0.7–2.2)×10²¹ cm⁻²，与紫外、射电和X射线数据的独立估计一致。
• 黑体和幂律拟合分别得出(0.2–0.4)×10²¹ cm⁻²和(5.2–7.0)×10²¹ cm⁻²的柱密度，与外部测量结果不一致。
• 中子星的表面温度与质量为1.4 M⊙、半径为10 km的天体的标准冷却模型预测一致。
• 数据表明中子星表面磁场强度要么极弱（B < 10¹⁰ G），要么超过2×10¹² G，中间值被排除。