[论文解读] Young energetic PSR J1617-5055, its underluminous nebula and unidentified TeV source HESS J1616-508

Oleg Kargaltsev, George G. Pavlov+1 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2008

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 37被引用 14

一句话总结

本研究基于钱德拉X射线天文台对年轻、高能脉冲星PSR J1617−5055的观测，揭示了一个低 luminosity 的脉冲星风星云（PWN），其总X射线 luminosity 仅为脉冲星自转损耗功率的0.02%。尽管具有高能特性且靠近TeV源HESS J1616−508，但未发现形态或光谱证据支持二者存在物理关联，表明TeV辐射可能源自其他独立天体，如恒星形成区或未探测到的超新星遗迹。

ABSTRACT

We observed the young energetic pulsar J1617-5055 with the Chandra ACIS detector for 60 ks. In addition to the pulsar, the X-ray images show a faint pulsar-wind nebula (PWN) seen up to ~1' from the pulsar. Deconvolution and reconstruction of the image reveal a brighter compact PWN component of ~1'' size, possibly with a jet-torus morphology. The PWN spectrum fits an absorbed power-law (PL) model with the photon index Gamma=1.5. The total PWN luminosity in the 0.5-8 keV band, L_{pwn}=3.2 imes10^{33} ergs s^{-1} for d=6.5 kpc, is a fraction of 2 imes 10^{-4} of the pulsar's spin-down power and a fraction of 0.2 of the pulsar's X-ray luminosity, which is a factor of 20 lower than one would expect from an average empirical relation found for a sample of PWNe observed with Chandra. The pulsar's spectrum can be described by an absorbed PL with n_{H}=3.5 imes10^{22} cm^{-2} and Gamma=1.1, harder than any other pulsar spectrum reliably measured in the soft X-ray band. This non-thermal emission is 50% pulsed showing one peak per period. We have also investigated a possible connection between J1617 and the extended TeV source HESS J1616-508 whose center is located about 10' west of the pulsar. We find no preferential extension of the X-ray PWN toward the TeV source. Therefore, the Chandra data do not provide conclusive evidence for PSR J1617-5055 and HESS J1616-508 association. We have also analyzed archival X-ray, radio, and IR data on the HESS J1616-508 region and found traces of diffuse emission (resembling a shell in the radio) coinciding with the central part of HESS J1616-508. We speculate that the TeV source may be multiple, with most of the emission coming from an unknown SNR or a star-forming region, while some fraction of the TeV emission still may be attributed to the J1617 PWN.

研究动机与目标

• 研究年轻、高能脉冲星PSR J1617−5055及其周围脉冲星风星云（PWN）的X射线特性。
• 利用高分辨率X射线成像与光谱分析，评估PSR J1617−5055与扩展TeV源HESS J1616−508之间的物理关联性。
• 确定微弱X射线PWN是否符合风驱动星云的理论预期，并探讨其低 luminosity 的可能原因。
• 检查档案中的射电、红外和X射线数据，寻找与HESS J1616−508区域一致的弥散或扩展发射，以评估TeV辐射的其他可能起源。

提出的方法

• 对PSR J1617−5055进行了60 ks的钱德拉ACIS观测，以获取高分辨率X射线成像与光谱数据。
• 应用图像去卷积与源重建技术，以解析紧凑PWN组分并评估其形态。
• 采用吸收幂律模型对脉冲星与PWN的发射进行光谱拟合，以推导光子指数与氢柱密度。
• 将PWN的空间分布与TeV源HESS J1616−508的位置进行比较，以检验是否存在方向对齐或朝向TeV源的延伸。
• 分析档案X射线（XMM-Newton、Suzaku）、射电与红外数据，以在HESS J1616−508区域搜索弥散或扩展的发射结构。
• 通过统计与形态比较，评估PSR J1617−5055与HESS J1616−508之间存在物理关联的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与PSR J1617−5055相关的脉冲星风星云（PWN）是否与其它年轻、高能脉冲星中观测到的典型 luminosity 一致？
• RQ2 PWN的X射线形态是否显示出朝向TeV源HESS J1616−508的优先延伸，表明存在物理关联？
• RQ3 PSR J1617−5055的本征X射线光谱形状如何？其与脉冲星磁层辐射理论模型相比有何差异？
• RQ4 HESS J1616−508的TeV辐射是否可能源自其他天体（如恒星形成区或未探测到的超新星遗迹），而非PSR J1617−5055的PWN？
• RQ5 在HESS J1616−508区域是否存在弥散或扩展的X射线、射电或红外结构，可能作为TeV辐射的宿主？

主要发现

• PSR J1617−5055周围PWN的总X射线 luminosity 为3.2×10³³ erg s⁻¹（0.5–8 keV能段），仅相当于脉冲星自转损耗功率的2×10⁻⁴，显著低于典型PWN的 luminosity，表明其为显著低 luminosity 的星云。
• PWN表现出一个约1″大小的紧凑组分，可能具有喷流-环状结构形态，其光谱符合吸收幂律模型，光子指数Γ ≈ 1.5。
• 脉冲星的X射线光谱最佳拟合为吸收幂律，光子指数Γ ≈ 1.1，氢柱密度nH ≈ 3.5×10²² cm⁻²，表明其光谱比通常观测到的软X射线波段脉冲星更硬。
• 脉冲星的X射线辐射约50%为调制的，具有单个非对称峰，证实其为非热、磁层起源。
• 未观测到X射线PWN朝向TeV源HESS J1616−508的显著延伸，且无令人信服的形态或光谱证据支持两源之间存在物理关联。
• 档案数据显示HESS J1616−508区域存在类似壳状的弥散射电与红外发射，以及一个微弱的X射线源（X），提示TeV辐射可能源自另一独立天体，如恒星形成区或未探测到的超新星遗迹。