Jednoczesne rentgenowskie i radiowe obserwacje pobliskiego pulsara B

Transkrypt

1 Jednoczesne rentgenowskie i radiowe obserwacje pobliskiego pulsara B Mi edzynarodowa kolaboracja (PI: prof. Janusz Gil) Andrzej Szary J. Gil, G. Melikidze, U. Geppert, J. Kijak, W. Lewandowski, K. Maciesiak, M. Daszuta, B. Zhang, F. Heberl, D. Mitra, R. Xu Szary et. al (UZ) 1 / 16

2 Wykorzystywane instrumenty Wykorzystane instrumenty Szary et. al (UZ) 2 / 16

3 Wykorzystywane instrumenty XMM-Newton Satelita naukowy Europejskiej Agencji Kosmicznej XMM-Newton Poniewaz atmosfera absorbuje promieniowanie rentgenowskie instrumenty do obserwacji umieszczane sa, na satelitach. wystrzelony 10 grudnia 1999 roku waga ok. 4 tony, dlugos c 10m, rozpietos c paneli 16m, znajduje sie, na eliptycznej orbicie Ziemi wysokos c orbity tys. km okres orbitalny 48 godzin Szary et. al (UZ) 3 / 16

4 Wykorzystywane instrumenty XMM-Newton XMM-Newton (detektory) na pokladzie satelity znajduja, sie, trzy teleskopy rentgenowskie zastosowanie trzech luster pozwala osiagn a, czulos c w zakresie, ac, najwieksz, rentgenowskim (0.2 kev to 12 kev) wiele detektoro w pozwala na prowadzenie jednoczesnej analizy spektralnej oraz fotometrycznej obiekto w Szary et. al (UZ) 4 / 16

5 Wykorzystywane instrumenty GMRT Najwieksza na świecie sieć po l aczonych radioteleskopów Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) 30 w pe lni sterowalnych parabolicznych anten, każda o średnicy 45m po l aczenie anten świat lowodami pozwala osiagn ać rozdzielczość porównywalna z pojedynczym radioteleskopem o średnicy 25 kilometrów! (interferencja) obserwacje moga odbywać sie jednocześnie na dwóch czestotliwościach z 50, 153, 233, 325, 610 oraz 1420 MHz termin sk ladania proposali 15 stycznia (wys lany) Szary et. al (UZ) 5 / 16

6 Wykorzystywane instrumenty Effelsberg Jeden z najwi ekszych radioteleskopów na Ziemi Effelsberg / LOFAR? drugi co do wielkości w pe lni sterowalny radioteleskop na Ziemi (średnica 100m) waga ca lkowita ok. 3 tyś. ton, zapotrzebowanie na energie elektryczna: ok. 250 kw precyzyjna budowa pozawala na obserwacje w szerokim zakresie widma od 408MHz do 86 GHz (1.4 lub 5 GHz) termin sk ladania proposali 5 luty Zespó l rozważa rozszerzenie wykorzystywanych urzadzeń o interferometr LOFAR, który sk lada sie z ok. 20 tyś. pojedynczych anten (obserwacje na czestotliwościach od 10 do 240 MHz). Szary et. al (UZ) 6 / 16

7 Wykorzystywane instrumenty Nanshan Jedna ze stacji interferometru VLBI Nanshan antena o s rednicy 25m radioteleskop znajduje sie, na wysokos ci 2100 m n.p.m., 70 km od miasta Urumqi bardzo korzystna lokalizacjia gwarantuje bardzo male zaklucenia radiowe (RFI) obserwacje w zakresie widma od 1.4 do 18GHz (1.4 lub 5 GHz) Szary et. al (UZ) 7 / 16

8 Wykorzystywane instrumenty Równoczesne obserwacje Koordynacja jednoczesnych obserwacji satelitarnych oraz naziemnych Alt. [deg] XMM-Newton Vis. Start: : dt =21 ks Effelesberg GMRT Alt. (GMRT and Effelesberg) >17 05h 08h 11h 14h 17h 20h 23h 02h Time [UTC] Wykres przedstawia widoczność pulsara B dla obserwatoriów GMRT oraz Effelsberg podczas okna obserwacyjnego satelity XMM-Newton. Jednym z wyzwań przed jakimi stoi zespó l jest koordynacja równoczesnych obserwacji z wykorzystaniem dwóch (lub nawet trzech) ogromnych radioteleskopów naziemnych oraz satelity XMM-Newton. Podczas planowania obserwacji musimy uwzgl ednić widoczność obiektu dla różnych d lugości oraz szerokości geograficznych. Szary et. al (UZ) 8 / 16

9 Cel badań naukowych Cel badań naukowych Szary et. al (UZ) 9 / 16

10 Cel badań naukowych Pulsar Kameleon (B ) Kameleon Mimo prowadzenia badań od prawie 50 lat wciaż nie jest znana fizyka promieniowania pulsarów Pierwszy, dla którego stwierdzono antykorelacj e promieniowania radiowego i rentgenowskiego (Hermsen i inni 2013). mimo 100ks obserwacji nieznana jest natura (PL/BB) promieniowania rentgenowskiego (Mereghetti i inni 2013) jedna z interpretacji zgadza si e z modelem PSG opracowanym przez zespó l zielonogórski (J. Gil, G. Melikidze) Szary et. al (UZ) 10 / 16

11 Cel badań naukowych B PSR B vs PSR B P 1.2 s 1.1 s Ṗ s/s s/s τ 5 Myr 5 Myr DM 4.9 pc/cm pc/cm 3 d 350 pc 980 pc obserwacje rent. Chandra (18ks) XMM-Newton (100ks, 3x) Szary et. al (UZ) 11 / 16

12 Cel badań naukowych Dotychczasowe obserwacje Obserwacje rentgenowskie 10 2 T c (Medin & Lai, 2007) B (Zhang et al. 2005) B (Mereghetti et al. 2013) B Gap B s [10 14 G] PSG PSG 10-1 Medin & Lai No Gap T s [10 6 K] Rysunek: Rysunek przedstawia temperatury czapy polarnej T s oraz powierzchniowe pole magnetyczne B s wyznaczone dzi eki obserwacjom rentgenowskim. Linie przerywana odpowiada temperaturze krytycznej zgodnej z modelem PSG. Szary et. al (UZ) 12 / 16

13 Cel badań naukowych Obserwacje rentgenowskie Widmo rentgenowskie PSR B Black Body model Power Law model Counts [s 1 kev 1 ] Channel energy [kev] Rysunek: Wysymulowane widmo rentgenowskie dla urzadzenia EPIC-pn (XMM-Newton). W zależności od natury promieniowania rentgenowskiego (BB/PL) spodziewamy sie zarejestrować od 600 do 1000 fotonów w ciagu 36 godzin obserwacji. Szary et. al (UZ) 13 / 16

14 Cel badań naukowych Obserwacje radiowe Promieniowanie radiowe zmiana trybów promieniowania (z ang. the mode changing) Sekwencja stu pojedyńczych pulsów obserwowanych na 430 MHz dla PSR B (Nowakowski, 1996) pulsy maja trzy sk ladowe, z których jedna dryfuje poprzez ca le okno pulsu dla pulsów pierwsza sk ladowa jest bardzo s laba Szary et. al (UZ) 14 / 16

15 Cel badań naukowych Obserwacje radiowe Promieniowanie radiowe zanik pojedynczych pulsów (z ang. the nulling phenomenom)) 646px 26 px 26/646 * 100 = 4 Sekwencja dwustu pojedyńczych pulsów obserwowanych na 327 MHz dla PSR B (Herfindal, 2007) pulsar wykazuje cz este, krótkotrwa le zaniki promieniowania (z ang. nulls) wiekszość nulli trwa przez jeden, dwa okresy i maksymalnie osiagaj a d lugość czterech okresów Bhat i inni, 2007 zauważyli zależność wyst epowania nulli od cz estotliwości (rzadziej na wyższych cz estotliwościach) Szary et. al (UZ) 15 / 16

16 Cel badań naukowych Obserwacje radiowe Możliwe interpretacje przerwa akceleracyjna / efekty geometryczne oś magnetyczna oś rotacji wiązka promieniowania radiowego Gwiazda Neutronowa zewnętrzna przerwa akceleracyjna wewnętrzna przerwa akceleracyjna tzw. otwarte linie pola magnetycznego zamknięte linie pola magnetycznego cylinder światła Szary et. al (UZ) 16 / 16

17 Cel badań naukowych Obserwacje radiowe Dzi ekuj e za uwag e Wykorzystano obrazy ogólnie dost epne w internecie: Wikipedia, NASA, ESA, ESO Szary et. al (UZ) 16 / 16