Pulsars, transients and relativistic astrophysics

Abstract:

X-ray polarimetry is a unique way to probe geometrical configuration of highly-magnetized accreting neutron stars (X-ray pulsars). GRO J1008$-$57 is the first transient X-ray pulsar observed at two different flux levels by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) during its outburst in November 2022. The polarization properties were found to be independent of the source luminosity, with the polarization degree varying between non-detection to about 15% over the pulse phase. Fitting the phase-resolved spectro-polarimetric data with the rotating vector model allowed us to estimate the pulsar inclination (130 deg, which is in good agreement with the orbital inclination), the position angle (75 deg) of the pulsar spin axis, and the magnetic obliquity (74 deg). This makes GRO J1008$-$57 the first confidently identified X-ray pulsar as a nearly orthogonal rotator. The results are discussed in the context of the neutron star atmosphere models and theories of pulsars' axis alignment.Comment: 11 pages, 7 figures, submitted to A&A. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2209.0244

Abstract:

Accreting X-ray pulsars (XRPs) are presumably ideal targets for polarization measurements, as their high magnetic field strength is expected to polarize the emission up to a polarization degree of ~80%. However, such expectations are being challenged by recent observations of XRPs with the Imaging X-ray Polarimeter Explorer (IXPE). Here we report on the results of yet another XRP, EXO 2030+375, observed with IXPE and contemporarily monitored with Insight-HXMT and SRG/ART-XC. In line with recent results obtained with IXPE for similar sources, analysis of the EXO 2030+375 data returns a low polarization degree of 0%-3% in the phase-averaged study and variation in the range 2%-7% in the phase-resolved study. Using the rotating vector model we constrain the geometry of the system and obtain a value for the magnetic obliquity of ~$60^{\circ}$. Considering also the estimated pulsar inclination of ~$130^{\circ}$, this indicates that the magnetic axis swings close to the observer line of sight. Our joint polarimetric, spectral and timing analysis hint to a complex accreting geometry where magnetic multipoles with asymmetric topology and gravitational light bending significantly affect the observed source behavior.Comment: A&A accepted. Proofs versio

Abstract:

Der universitäre Beitrag zum Aufbau der Large Size Telescopes (LSTs) als Bestandteil des Cherenkov Telescope Arrays wird im Verbund mit den beteiligten Max-Planck Instituten und DESY-Zeuthen im Rahmen der internationalen Kooperation geleistet. Die Förderung im Rahmen von ErUM zum Thema Universum ermöglicht den universitären Partnern somit den Zugang zu Großgeräten der Astroteilchenphysik. In dem hier geförderten Teilprojekt an der Universität Hamburg wird der Aufbau und Optimierung von Komponenten und Methoden für die ersten vier LSTs am Standort La Palma gefördert. Mit den bereitgestellten Förderungsmitteln konnten nach der Unterbrechung der Förderung zwischen 2017 und 2020 die Arbeiten zur Kalibration der Instrumente wieder aufgenommen und intensiviert werden. Neben der Projektleitung hat Dr. Martin Tluczykont und Ali Baktash (Promotion) mit Unterstützung von studentischen Hilfskräften den wissenschaftlichen Teil der Arbeiten ausgeführt. Weiterhin haben Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen der mechanischen Werkstatt die Anfertigung von Aktuatoren für die Spiegelhalterung übernommen. Der Schwerpunkt der Arbeiten lagen in der Entwicklung von einer Methode, um anhand von zwei CCD-Kameras die Ausrichtung der optischen Achsen des Cherenkovteleskops und die relative Position der Cherenkovkamera in Himmelskoordinaten zu kontrollieren. Ein weiterer wissenschaftlicher Beitrag ist das EASpy-Paket, mit dem sich Luftschauer auch bei sehr großen Zenitwinkeln verlässlich und schnell simulieren lassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Simulationsprogrammen können so Beobachtungen bei großen Zenitwinkeln mit verschiedenen Konfigurationen der Teleskope simuliert und die resultierende Empfindlichkeit absgechätzt und optimiert werden. Weiterhin ist es auch möglich, den Beitrag von Fluoreszenzlicht zu berechnen. Diese Option ist mit den bisherigen Werkzeugen nicht möglich. Weiterhin können die Leistungsfähigkeit von verschiedenen Teleskopen und Konfigurationen direkt miteinander verglichen werden (Gesichtsfeld, Granularität der Kamera, Größe des Spiegels, Anordnung von mehreren Teleskopen). Die Simulationen konnten direkt mit Beobachtungen mit dem sehr großen H.E.S.S.-Teleskop in Namibia verglichen werden. Die Optimierung der Kalibrationsmethoden für die Ausrichtung der Teleskope ist wegweisend für die Anordnung der CCD-Kameras der weiteren LSTs. Datei-Upload durch TI