cam é ras : 2 x mos (0.1-12.0 kev) 1 x pn (0.1-15.0 kev) 2 x rgs (0.33-2.5 kev)

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Observations de trois pulsars milliseconde avec XMM-Newton Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements, Toulouse J.-F. Olive, D. Barret Natalie Webb

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Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV) 1 x OM (optique/UV). XMM-Newton. Modèles. e.g. Zhang & Cheng (2003) : Émission X/  : ? ? - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Observations de trois pulsars milliseconde avec XMM-

Newton

Centre d’Etude Spatiale des

Rayonnements,Toulouse

J.-F. Olive, D. Barret

Natalie Webb

Page 2: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Caméras :2 x MOS (0.1-12.0 keV)1 x PN (0.1-15.0 keV)2 x RGS (0.33-2.5 keV)1 x OM (optique/UV)

XMM-Newton

Page 3: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Modèles

Calotte polaire

Pic(s) large(s) en X et radio

Pics simultanés en X et

Outer gap

Radiation aux très hautes énergies Pics larges/étroits séparéspar 180°

e.g. Zhang & Cheng (2003) :

Émission X/ : ? ?

2 composants thermiques – chauffage/radiation des calottes polaires

une loi de puissance – radiation synchrotron des e±

Page 4: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Décroissance du champ magnétique

Ecrantage du champ magnétique par accrétion (Romani 1990) - peut être détecté par une augmentation de la masse de l’étoile à neutrons (PSR B1913+16, M1=1.4411(7) M2=1.3874(7))

Changement de la configuration du champ magnétique (Ruderman 1991) - indique un champ magnétique aligné ou orthogonal à l’axe de rotation

champ magnétique aligné

champ magnétique orthogonal

Page 5: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

champ magnétique aligné

champ magnétique orthogonal

Nv = 2mEN

h = 2.104

P

B1 (P1/P0)0.5

B1, P1B0, P0

Page 6: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Evidence d’un champ magnétique aligné ou orthogonal :

2 pics séparés par 180° champ orthogonal

Polarisation observée dans lesdeux pics de PSR 1937+21

Un pic large dans la courbede lumière de PSR J0437-4715

Page 7: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J0218+4232

Distance > 5.7 kpcExcentricité < 2x10-5

Porb=2 jours

Naine blanche~0.2 Msolaire

Etoile à neutronsPpulsation=2.3 ms

Kuiper et al. (2002)

Radio

X

Pulsations simultanées en X et peuvent indiquer une émission de lacalotte polaire (Rudak & Dyks, 1999)

Page 8: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J0218+4232

MOS 1 (20.5 ksecs)

De Stairset al. 1999

Aligné ?Navarro et al., 1995Stairs et al., 1999

(Webb, Olive, Barret, 2004)

Page 9: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

L’émission X :

Calotte polairechauffée

Radiation des pairese± créés dans le champ magnétiquede la magnétosphère

(Webb, Olive & Barret, 2004)

Emission thermique dûe au chauffage de la calotte polaire par

les particules accélérées dans le gap externe ou la région au dessus

la calotte polaire

Page 10: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Rayon et température de l’émission de la calotte polaire déterminés à partir des observations :

T=2.90±0.70x106 K R=0.37±0.33 km

Surface (Acp) attendue avec un dipôle central conventionnel :

Acp=R3/c un rayon de 3 km

Surface (Acp) attendu avec un dipôle aligné :

Acp=R2/c un rayon de 300 m

= 2/périodeR = rayon du pulsarc = vitesse de la lumière = épaisseur de la croûte

Aligné ?

(Webb et al., 2005)

Page 11: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J0751+1807

Distance ~ 2 kpcExcentricité = 0.0000567Porb=6.3 heures

Naine blanche0.12-0.6 Msolaire

Etoile à neutronsPpulsation=3.48 ms

Détecté en radio et en XPulsation en radioL0.1-2.4keV = 4.7x1031 erg s-1

(Becker et al. 1996)Pas de spectre/courbe de lumière en X

Page 12: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J0751+1807

MOS1 (30 ksecs)

De Krameret al. 1998

Aligné ?

(Webb et al., 2004)

Page 13: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

NH=4x1020 cm-2,=1.59±0.2,

2 = 1.33 (14 dof),

L’émission produitedans lamagnétosphère ?

Un ajustement avec un corp noir :KT=0.32±0.04 keV

2 = 2.21 (14 dof)R = 380-137

+196 m(3)

Rayon avec dipôlestandard = 2.2 km

Rayon avec dipôlealigné = 245 m

(Webb et al., 2004)

Page 14: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J1012+5307

Distance ~ 0.52 kpcExcentricité < 1.3x10-6

Porb=14.5 heures

Naine blanche0.16±0.02 Msolaire

Etoile à neutronsPpulsation=5.25 ms

Détecté en radio et en XPulsation en radioL0.1-2.4keV = 2.5x1030 erg s-1

(Halpern 1996)Pas de spectre/courbe de lumière en X

Page 15: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

PSR J1012+5307

Orthogonal ?

(Webb et al., 2004)

Page 16: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Émission non-thermique/thermique ?

Ajustement avec une loi de puissance :=1.78±0.36

2 = 1.27 (9 dof)

Ajustement avec un corp noir :KT=0.26±0.04 keV

2 = 1.37 (9 dof)

(Webb et al., 2004)

Page 17: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Rayon de l’émission = 0.05+0.01-0.02 km

Rayon avec dipôle standard = 2.0 km

Rayon avec dipôle aligné = 200 m

Séparation des deux pics = 180°

Deux pics étroits (X et radio)

Dipôle orthogonal ?

Vérification de la polarisation avec les observations radio.

Page 18: Cam é ras : 2 x MOS (0.1-12.0 keV) 1 x PN (0.1-15.0 keV) 2 x RGS (0.33-2.5 keV)

Conclusions et perspectives

• Mise en évidence d’une calotte polaire (PSR J0218+4232)

• Mise en évidence des spectres et courbes de lumière X de PSR J0751+1807 et de PSR J1012+5307

• Mise en évidence d’un champ magnétique aligné pour deux des pulsars milliseconde, qui soutient la théorie de changement de la configuration du champ magnétique

- Besoin d’observations radio (polarimétriques)- Beaucoup de nouveaux pulsars milliseconde découverts dernièrement en radio observations de deux nouveaux pulsars milliseconde : J1909-3714 et J1911-1114 avec XMM-Newton acceptées