Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Ch
risti
an
Go
uif
fès
Atelier "pulsars, théories et observations “, 16 et 17 janvier 2006, IAP, Paris
En collaboration avec Philippe Laurent
et avec le concours de François Lebrun et Michael Forot
(Serv
ice d
’As
tro
ph
ysiq
ue C
EA
-Sacla
y)
Simultaneous γ-ray/radio observations of
giant radio pulses from the Crab Pulsar
Aaro
n G
old
en
(Nati
on
al
Un
ivers
ity
of
Irela
nd
, G
alw
ay)
INTEGRAL et les pulsars
La mission INTEGRAL
•Mission m
oyennede l’ESA
•Collaboration ESA-RKA-NASA
–ESA: satellite (copieXMM-Newton)
–RKA: lancement(fuséePROTON)
–NASA: station écoute(Goldstone)
•Instruments:
–IBIS: Italie-France
–SPI: France-Allemagne
–JEM-X: Danemark
–OMC: Espagne
•Misen orbiteen Octobre
2002 depuis
Baïkonour
•Mission type observatoire(temps ouvert:
75%)
•Appelsd’offre
annuels
•Logicielsde traitementet données
distribuéespar l’ISDC(INTEGRAL Science
data Centre)
•Mission prévuepour 3-5 ans, extension
jusqu’en2008 acceptée(décisionnovembre
2005), nouvelle revue en 2007 (avis
favorablejusqu’en2010-2012?)
L’im
ageur
IBIS
(15 keV-10 M
eV)
2 plans de détections
ISG
RI
:15 keV –1 M
eV
PIC
sIT: 170 keV-10 M
eV
Le s
pectr
om
ètr
eS
PI
(20 keV –
8 M
eV)
•∆E/E (FWHM): ~ 2 keV
•Sensibilité: 3 m
illiCrabe
•Champ: 24°(diamètre)
•Résolution: 2.6°
2 détecteurs JEM-X
Caméra optique
+ I
SD
C
L’observatoire
INTEGRAL
La caméra ISGRI:
•CdTe(16384 pixels)
•15 keV –
1 M
eV
•Champ de vue
: 19°x 19°
•Résolution: 12’
•précisionde localisation 1’
•∆E/E (FWHM) : ~ 5-10%
•Sensibilité
: 1 m
illiCrabe
PICsIT:
•Caméra
CsI
•170 keV-10 M
eV
L’imageurIBIS
•Spectro-imageuràbase de semiconducteursnon refroidis
•1èremondiale
•Détecteur: Tellurure
de cadmium (CdTe) 4 x 4 x 2 mm
•16384 voiesindépendantesde mesure
spectrométrique
•Mesure
de la hauteur et dutemps de montéede l’im
pulsion(�
correction des pertesde charge)
•Fond interne trèsfaible
•Réglageautomatiquedes seuils
de chaquepixel avantchaque
observation
•Surveillance continue dubruit des détecteurs
•Défautsd’uniform
ité<1% (garantipar la géométriedes détecteurs)
•6 ansde développement
ISGRI (INTEGRAL Soft Gam
ma-Ray Imager)
Observing Observingtime time
0%
0%
100%
100%
50%
50%
Open time
(65%)
Open time
(70%)
Core
Programme
(35%)
Core
programme
(30%)
Core
programme
(25%)
Launch
Launch
Nom
inal mission
Nom
inal mission
Approved
Approvedextension
extension
2003
2003
2004
2004
Performance verification
2005
2005-- 2008
2008
Open time
(75%)
Milestones
Milestonesof
of the
theobserving
observingprogramme
programme
Carte d’exposition du télescope IBIS jusqu’àla révolution 300
(mars 2005)
20-1
00 k
eV
�résolutiondufond diffusgamma àbasseénergie: > 90% de l’émissionestdue à
des
sources ponctuelles(Lebrunet al, 2004)
�catalogue de sources: découvertede nouvellespopulations de sources (Bird et al, 2005)
Les régionscentralesde la Voielactéevuepar IBIS/ISGRI
�Confirm
ation de la production de 26Al dansles étoilesmassiveset les supernovae
�estimation dutauxde supernovae dansla Galaxie
(Dielet al, 2006)
Carte de l’26Al dansles régionscentralesde la Galaxievuepar SPI
�résolution temporelle de ~ 100 microsecondes
pour chaque instrument
�non spécifiée par des contraintes électroniques
et/ou de télémétrie (pas de pression de la
communauté
scientifique pour obtenir une m
eilleure
résolution temporelle)
�enseignement pour les futures missions �
voir
présentation de Philippe Laurent (projet Simbol-X)
Analyse temporelle avec INTEGRAL
Falangaet al, 2005
IGR J00291+5934 : un cas d’école pour INTEGRAL
Gra
nd c
ha
mp
de
vue
+ r
ésolu
tion a
ngula
ire
Résolu
tion t
em
pore
lle
Sp
ectr
oscop
ie
RX
TE
INT
EG
RA
L
Pro
t= 1
,6 m
sec, P
orb
= 2
,5 h
La nébuleuse et le pulsar du Crabe
La source de référence pour l’analyse temporelle
@ESO/VLT
Un peu d’histoire !
CO
S-B
Nature, 1982
Observation de NP 0532 E
γ> 20 MeV
Cos-B
(Natu
re, 1982)
La chambre àétincelles
La signature d’un photon gamma
Bernard Agrinier, Forum du SAp"40 ans d’Astrophysique Spatiale au CEA", 2 décembre 2005
Intensité
ISG
RI
20-1
00 k
eV
JE
M-X
3-2
5 k
eV
INT
EG
RA
L -
200
5
Phase
La courbe de lumière du Crabe
00.4
0.2
0.6
-0
.2-
0.4
Une petite recommandation : Vérifier le m
arquage en temps de l’instrument avant de
développer une nouvelle théorie sur l’émission des pulsars !
Err
eur
lors
d’u
ne m
ise à
jour
d’u
n logic
iel : lig
ne d
e c
ode
male
ncontr
eusem
en
t com
menté
e!
(ao
ût
2003)
(mars
2004)
(Co
rrecti
on
ap
pliq
uée)
F.I.G.A.R.O. (French andItalianGAmma-Ray Observatory)
FIG
AR
O –
19
86
0.1
7 -
3.7
5 M
eV
FIG
AR
O –
19
90
0.1
5 -
3.7
4 M
eV
Intensité
ISG
RI
20-1
00 k
eV
JE
M-X
3-2
5 k
eV
INT
EG
RA
L -
200
5
Phase
Déphasage radio-gamma
Au
str
ali
e,1
988
F.I
.G.A
.R.O
.
Rap
po
rt d
es 2
pic
s d
’ém
issio
n d
u p
uls
ar
P1
P2
Phase
Intensité
Lo
g E
(keV
)
Rapport P2/P10. 1.2 2.4
FIG
AR
O
-2.
-1.
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Masn
ou
et
al,
1994
Bernard Agrinier, Forum Sap, 2 décembre 2005
Bernard Agrinier, Forum du SAp"40 ans d’Astrophysique Spatiale au CEA", 2 décembre 2005
Michael Forot, thesis
IBIS
Co
mp
ton
mo
de
IBIS
Co
mp
ton
mo
de
(200
(200
-- 500 k
eV
)5
00 k
eV
)
Travaux en cours
Recherche du pulsar PSR J1833-1034 dans
SNR G21.5-0.9, période = 61.8 msec
Recherche de PSR 0833-45
Recherche PSR0540-69 dans le Grand
Nuage de Magellan, P=50msec
�Release of AO-4: 13 M
arc
h 2
00
6
�Due date for Proposals:
21 A
pri
l2006
(inform
ations sur http://integral.esac.esa.int/)
Sur
vostablettes: prochainappeld’offre
Aaro
n G
old
en
, A
nd
y S
heare
r, P
ad
raig
O’C
on
no
r
(Nati
on
al
Un
ivers
ity
of
Irela
nd
, G
alw
ay)
Atelier "pulsars, theoriesandobservations “, 16 et 17 janvier 2006, IAP, Paris
avec le concours de Christian Gouiffèset Philippe Laurent
Simultaneous γ-ray/radio observations
of giant radio pulses from the Crab
Pulsar
Traditionalobservations ofpulsars
made
at‘mono’wavelengths
Traditionalunderstandingof
magnetosphericemission
•radio emissionoccurs
‘close’
to polar cap
•HE emissionoccurs
‘elsewhere’(i.e. outergap)
•not
cle
arthere
isan obvious
connectionbetweenthetwo…
Multiwavelength
Observations of the
Magnetosphere
Problemswithmodels
•Polar cap -explainsfluxes, notlight curves
•Outergap -explainslight curves, notfluxes…
Weneedtemporally
resolved, multiwavelengh(polarimetric?)
observations to complementfull scalemagnetosphere
models…
BU
T t
he
mis
sin
gli
nk
-h
ow
do
we
make
the
co
nn
ec
tio
n
betw
een
rad
io &
HE
em
issio
n?
?
Multiwavelength
Observations of the
Magnetosphere
Crabpulsar provides‘gold standard’
magnetosphere
Radio emissionis‘coincident’withHE
emission, ‘radio precursor’→
pole,
double-peaks→
magnetosphere.
Bright HE source atmagnetosphere
dominatedbands, IR, optical, hard X-ray,
γ-ray, UHE γ-ray.
Also, radio emissionunusual-Crabemits
‘giantradio pulses’…
Multiwavelength
Observations of the
Crab Pulsar
Stochasticburstsofradio emission101-103greater
thanmeanflux
Duration~µsecs
-lo
calis
ed
em
issio
nregion
Usually
associatedwith
sp
ecif
icregionsofphase
-localisedemission
reg
ions
Associatedwitha ‘mixedbag’ofpulsars -‘new’and‘old’
Giant Radio Pulses -A new window
on the magnetosphere…
msec
‘Crab’
‘old’Giant Radio Pulses -Census
Cognard
thefirstto
notice thescalingwith
themagneticfieldatthe
light cylinder…
This isfamiliar…
Giant Radio Pulses -Trends…
Op
tic
al p
ea
k v
sB
ly
Possible to show correlation in optical luminosity with magnetic
field strength at the light cylinder…
interesting phenomenology…
Shearer & Golden, ApJ, 547, 967 (2002)
Light Cylinder Bfield& Optical
Emission…
•Crab GRPs…
–Three features…
•Power law tail
•Roll-over
•Sharp cut-off
–At 2 distinct phases
•Main pulse and inter
pulse
–Structure seen down
to a few nsec..!
Giant Radio Pulses & the Crab
Structure at 3 nseclevel
(resolving 1m at 2 kpc)!!
Qu
esti
on
s:
Can weshow a correlationin GRP emissionandHE
emission?
Are theprofoundvariations in radio associatedwith
detectablechanges atHE bands?
Can welinkcoherentradio emissionwiththepresumed
source ofHE emission, pair-production?
Giant Radio Pulses & HE Emission
–3,600 coincident pulses
–γflux <2.5 mean flux @
GRP events
•Unlikely via Inverse Compton Scattering
•Explicable as ~ 1% particle flux increase & turbulence?
Simultaneous γ-ray/radio observations
-CGRO/GBT (1995)
Pro
ble
m:
GettingGRPsnota problem…
GettingsufficientHE photons a problem!
Go to thebestwindowto gethighestS/N data (and
avoidover-subscribedfacilities)…
→highspeed opticalphotometry
Giant Radio Pulses & HE Emission
WHT (La Palma)
Westerbork(NL)
Simultaneous optical/radio
observations -APD/PuMa
Op
tic
al ti
me
re
so
luti
on
5 µ µµµ
s, ra
dio
tim
e r
es
olu
tio
n 6
.4 µ µµµ
s
90µ µµµsec
Data
An
aly
sis
Cav
eats
Skytransparency(τ
c~ 30 secs)
Opticalphotons 20 periods±GRP TOA used,
-placedin 200 binsperperiod
-10,034 data sets of41 periodseach
Foldingall
non-G
RPphase photons →
averagepulse profile
Foldingat
GR
Pphase photons →
optical‘GRP’pulse profile
Giant optical pulses are on average 3% brighter that norm
al
optical pulses
Optical pulses coincident with GRPsare 7.8 σ
brighter
than the mean profile.
•O
pti
cal li
nk
-3% enhancement in optical emission
-~ 30% of GRP energy -expect ~ 1% from ICS
→not Inverse Compton Scattering
-Density increase Fluxopt∝
N (incoherent)
-Phase alignment (plus high energy alignment?)
→outer magnetosphere
Pla
sm
a t
urb
ule
nce?
-local density enhancements < 10 µsecduration,
could explain observations…
Can we rule out variation in pair production?
Not immediately -need γ-ray data…
Giant Radio Pulses & Optical Emission
Observations in optical→
flux increaseathighenergies
associatedwithgiantradio pulse
Expectation isthatsimilarflux increaseassociatedwithX-ray
andγ-rayemissionfromthesameregionsin m
agnetosphere
UsingISGRI (15-20 keV), estimate
100~200 ksecsdata required
to reach3%
Crabobservedbi-annually
by INTEGRAL as calibrator-idea
wasto coordinate
simultaneousradio observations…
Simultaneous γ-ray/radio
observations with INTEGRAL?
Calibration run~ 50 ksecoftemporal data suitablefor analysis
FirstrunwithPuMaatWesterbork
in M
arch 2004.
Simultaneous γ-ray/radio
calibration run -
results
Prelim
inary
analysisofthedata ~ 2σdeviationofγ-rayGRP
frommeanpulse -promising…
Estimations fromopticalobservations →
needfor ~ 200 ksec
simultaneousdata from
Crab
Detectionin opticalargues stronglyfor γ-ray/radio correlation.
Simultaneous γ-ray/radio calibration run
-conclusions
Othercalibration runsto beanalysed…
Weplan a requestfor 200 ksecAO time+ simultaneousradio…
Needto maximise radio coveragewithfollowing
radio telescopes
•Lovell(UK)
•Effelsberg
(GER)
•Westerbork
(NL)
•Parkes(Australia)
•GBT/Arecibo (USA)
………..N
an
ca
y(F
ran
ce)?
Future joint γ-ray/radio observations
with INTEGRAL