[论文解读] The Pulsed Soft X-Ray Emission from PSR 0656+14

Andrea Possenti, S. Mereghetti+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 11

一句话总结

本文分析了PSR 0656+14的ROSAT PSPC数据，确认存在一个热软X射线成分，并识别出一个更硬的非热成分，该成分最符合约2×10⁶ K的黑体谱或光子指数Γ ≈ 4.5的幂律谱。脉动光变曲线（9%的调制深度）可通过中子星表面的双温模型解释，要求偶极倾角较高（约30°）且引力红移（1+z < 1.15），光线偏折和相对论效应对于与观测结果的一致性至关重要。

ABSTRACT

We present the results of a spectral and timing analysis of PSR 0656+14 based on the complete set of ROSAT observations carried out with the PSPC instrument in 1991 and 1992. The present analysis confirms the thermal origin of the bulk of the emission in the soft X-ray band (Finley et al. 1992). In addition, we find strong evidence of a harder component, described equally well with a blackbody at T about 2x10^6 K, or with a steep power law with photon index Gamma about 4.5. This bimodal emission is also supported by an analysis of the light curve shape as a function of the energy. The 0.1--2.4 keV light curve of PSR 0656+14, with a pulsed fraction of about 9%, is interpreted with a simple model for the temperature distribution on the neutron star surface, coupled with the geometrical information derived from radio data. In this model, which includes the effects of relativistic light bending and gravitational redshift, the X--rays originate from two thermal components resulting from neutron star cooling and blackbody emission released in the hotter polar cap regions. The observed modulation can be reproduced only if PSR 0656+14 has a relatively high dipole inclination (about 30 deg) and (1+z) is less than about 1.15. The overall pulsed fraction cannot be significantly increased by including the polar cap contribution, if its temperature and intensity are to be consistent with the observed spectra.

研究动机与目标

• 利用1991年和1992年完整的ROSAT PSPC数据集，确定PSR 0656+14在软X射线波段的谱和时域特性。
• 研究脉动X射线辐射的起源，并区分热辐射与非热辐射成分。
• 通过包括光线偏折和红移在内的相对论效应，约束中子星的几何结构，包括偶极倾角和引力红移。
• 检验由中子星表面双组分热模型能否再现观测到的脉动深度。
• 评估极帽辐射与观测谱和光变曲线形状的一致性。

提出的方法

• 对完整的ROSAT PSPC数据集进行谱分析，以建模PSR 0656+14的软X射线辐射。
• 使用多个组分拟合X射线谱：一个热组分（黑体）和一个由光子指数Γ描述的非热组分（幂律谱）。
• 在0.1–2.4 keV能量 band内进行时域分析，以推导脉动深度和相位分辨光变曲线。
• 采用包含温度分布的中子星表面几何模型，整合包括引力红移和光线偏折在内的相对论效应。
• 在模型拟合中，将射电观测得到的几何参数（偶极倾角）作为约束条件。
• 评估极帽辐射对总通量的贡献及其对观测脉动深度的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 PSR 0656+14的软X射线辐射具有何种谱特性？是否由多个组分组成？
• RQ2 观测到的约9%调制深度的脉动光变曲线能否由非均匀加热的中子星表面热辐射解释？
• RQ3 基于X射线光变曲线和谱数据，中子星的偶极倾角和引力红移因子（1+z）的约束条件是什么？
• RQ4 光线偏折和引力红移等相对论效应如何影响观测到的X射线调制？
• RQ5 在不使脉动深度超过观测值的前提下，极帽辐射对总通量的贡献程度如何？

主要发现

• PSR 0656+14的软X射线辐射主要由热组分主导，与Finley等人（1992年）的早期发现一致。
• 有充分证据表明存在一个更硬的非热组分，其最佳描述为温度T ≈ 2×10⁶ K的黑体谱，或光子指数Γ ≈ 4.5的幂律谱。
• 0.1–2.4 keV能量段的光变曲线显示出约9%的脉动深度，与中子星表面的双温模型一致。
• 仅当中子星的偶极倾角约为30°且引力红移因子（1+z）小于1.15时，才能重现观测到的调制深度。
• 只要温度和强度与观测谱一致，极帽辐射的引入不会显著增加脉动深度。
• 光线偏折和引力红移等相对论效应对于准确建模观测到的X射线光变曲线和谱能量分布至关重要。