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Título: The x-ray emission and population of highly magnetized neutron stars
Autores: Olausen, Scott
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Physics - Astronomy and Astrophysics
Descripción: Over the past few decades, advances in X-ray and gamma-ray astronomy have greatly expanded our knowledge of the neutron-star family. One important recent discovery has been that of the "magnetars," isolated neutron stars whose radiation and occasional bursting activity is thought to be powered by their very high magnetic fields (10^14-10^15 G as inferred from timing), unlike ordinary pulsars that are powered by their rotational energy. There do, however, exist rotation-powered pulsars with inferred magnetic fields that approach those of the magnetars (~10^13 G). These two groups might therefore be expected to show some similarities in their properties or behaviour. Careful study of both the high-magnetic-field pulsars and magnetars, then, may help us to understand magnetar physics and determine their relations and connections with the rest of the pulsar population.In Chapter 3, I present the results of two XMM-Newton observations of the high-magnetic-field radio pulsar PSR J1734-3333. We successfully detect the X-ray counterpart of the pulsar. Its spectrum fits well to a blackbody with temperature 300 +/- 60 eV, and its bolometric luminosity is L_bb = 2.0 x 10^32 erg/s, or ~0.4% of its spin-down power, for a distance of 6.1 kpc. We detect no X-ray pulsations from the source, setting a 1 sigma upper limit on the pulsed fraction of 60% in the 0.5-3 keV band. We compare PSR J1734-3333 to other rotation-powered pulsars of similar age and find that it is significantly hotter, supporting the hypothesis that the magnetic field affects the observed thermal properties of pulsars. We also tabulate the properties of this and all other known high-B radio pulsars with measured thermal X-ray luminosities or luminosity upper limits, and speculate on a possible correlation between L_X and B.In Chapter 4, I present an analysis of the extended emission around the magnetar 1E 1547.0-5408. Based on four XMM-Newton observations taken with the source in various stages from outburst to quiescence, we find that the extended emission flux is highly variable and strongly correlated with the flux of the magnetar. From this result, as well as spectral and energetic considerations, we conclude that the extended emission is dominated by a dust-scattering halo and not a pulsar wind nebula (PWN), as has been previously argued. We obtain an upper limit on the 2-10 keV flux of a possible PWN of 4.7 x 10^-14 erg/s/cm^2, three times less than the previously claimed value. We do, however, find strong evidence for X-ray emission from a supernova remnant surrounding the pulsar, as previously reported.Finally, I present a study of the magnetar population as a whole in Chapter 5, with a catalog of the 26 currently known magnetars and magnetar candidates. Tables are provided of astrometric and timing data for all catalog sources, as well as of their observed radiative properties, particularly the spectral parameters of the quiescent X-ray emission. We show histograms of the spatial and timing properties of the magnetars and compare them with the known pulsar population. We measure the scale height of magnetars to be in the range of 20-31 pc, assuming they are exponentially distributed. This range is smaller than that measured for OB stars, providing evidence that magnetars are born from the most massive O stars. From the same fits, we find that the Sun lies ~13-22 pc above the Galactic plane, consistent with previous measurements. We confirm previously identified correlations between quiescent X-ray luminosity, L_X, and magnetic field, B, as well as X-ray spectral power-law indexes, Gamma and B, and show evidence for an excluded region in a plot of L_X versus Gamma. We observe that while there is a clear correlation between the hard and soft X-ray fluxes in magnetars, the radio-detected magnetars all have low, soft X-ray flux, suggesting, if anything, that the two bands are anti-correlated.
Au cours du dernier demi-siècle, les avancées instrumentales en astronomie à rayons X et gammas ont grandement amélioré notre compréhension des étoiles à neutrons. Une récente découverte importante est celle d'une classe d'étoiles à neutrons isolées, les "magnétars", dont la luminosité et des épisodes occasionnels de sursauts sont attribués à un champ magnétique élevé (10^14-10^15 G, tel que determiné par le chronométrage), contrairement aux pulsars ordinaires dont l'énergie provient du ralentissement de leur rotation. Cependant, il existe des pulsars alimentés par la rotation pour lesquels le champ magnétique déduit approche celui des magnétars. Il serait donc plausible que ces deux classes d'objets montrent quelques similarités dans leurs propriétés ou dans leur comportement. Une étude approfondie, autant des pulsars à fort champ magnétique que des magnétars, pourrait donc aider à la compréhension de la physique des magnétars et permettre de déterminer leur relation avec le reste de la population des pulsars.Dans le Chapitre 3, je présente les résultats de deux observations, obtenues avec l'observatoire XMM-Newton, du pulsar à haut champ magnétique PSR J1734-3333. Nous identifions le pulsar dans les rayons X. Son spectre est adéquatement décris par un corps noir d'une température de 300 +/- 60 eV, et sa luminosité bolométrique est L_bb = 2.0 x 10^32 erg/s ou ~0.4% de sa puissance de ralentissement. Nous comparons PSR J1734-3333 à d'autres pulsars alimentés par la rotation et d'âge similaire et trouvons qu'il est significativement plus chaud, supportant l'hypothèse selon laquelle le champ magnetique affecte les propriétés thermales observées des pulsars.Dans le Chapitre 4, je présente une analyse de l'émission étendue autour du magnétar 1E 1547.0-5408. à partir de quatre observations obtenues avec l'observatoire XMM-Newton où la luminosite de la source varie pendant que cette dernière la source transitionne d'une période active à la quiescence, nous mesurons une émission étendue très variable et hautement corrélée avec le flux du magnétar. De ce résultat nous concluons que l'émission étendue est dominée par un halo de diffusion par la poussière et non par une nébuleuse à vent de pulsar, hypothèse ayant été avancée dans le passé. Nous obtenons une limite supérieure, dans la bande spectrale de 2 à 10 keV, pour le flux d'une nébuleuse à vent de pulsar de 4.7 x 10^-14 erg/s/cm^2. Nous détectons cependant un restant de supernova autours du pulsar, tel que rapporté dans la littérature.Finalement, je présente une étude exhaustive de la population des magnétars dans le Chapitre 5, résultant en la publication d'un catalogue des 26 magnétars presentement connus ou de candidats. Des tableaux des positions astrométriques et des propriétés de chronométrage sont donnés pour toutes les sources, ainsi que leurs propriétes radiatives, particulièrement les paramètres spectraux en rayons X des sources en quiescence. Nous construisons des histogrammes de la distribution spatiale et des paramètres de chronométrage des magnétars et les comparons à ceux des pulsars ordinaires connus. Nous mesurons une hauteur caractéristique pour les magnétars dans l'intervalle de 20 à 31 pc. Cette valeur est plus petite que celle mesurée pour les étoiles OB, indiquant que les magnétars sont issus des progéniteurs O les plus massifs. Nous confirmons les corrélations précédemment identifiée entre la luminosité dans les rayons X en quiescence, L_X, et le champ magnétique, B, de même qu'entre l'index de la loi de puissance à rayons X, Gamma, et le champ magnétique. Nous obtenons une corrélation claire entre les flux dans les rayons X doux et durs parmi les magnétars, et que les magnétars détectés dans les ondes radio ont tous de faibles flux dans les rayons X doux, suggérant que l'émission dans les deux bandes est anti-corrélée.
Idioma: en