Mul$-wavelength Studies of Black Widow-type Millisecond - - PowerPoint PPT Presentation

Albert ¡Kong Ins$tute ¡of ¡Astronomy Na$onal ¡Tsing ¡Hua ¡University, ¡Taiwan

Phyllis ¡Yen On ¡behalf ¡of ¡the ¡Fermi ¡Asian ¡Network ¡(FAN)

Mul$-­‑wavelength ¡Studies ¡of ¡Black ¡Widow-­‑type ¡ Millisecond ¡Pulsars ¡in ¡the ¡Fermi ¡Popula$on

Black ¡Widow-­‑type ¡MSPs

• Majority ¡of ¡MSPs ¡are ¡in ¡binaries
• Some ¡MSP ¡binaries ¡have ¡an ¡orbital ¡period ¡of ¡< ¡1day
• Pulsar ¡radia$on ¡can ¡ablate ¡the ¡companion, ¡leaving ¡an ¡isolated ¡

MSPs ¡(black-­‑widow ¡systems)

• BW ¡MSPs ¡are ¡the ¡missing ¡link ¡between ¡LMXBs ¡and ¡isolated ¡

MSPs

• Companion ¡can ¡either ¡be ¡a ¡late-­‑type ¡star ¡or ¡a ¡degenerate ¡
• bject
• Because ¡of ¡the ¡pulsar ¡hea$ng ¡effect ¡on ¡the ¡companion, ¡the ¡
• p$cal ¡emission ¡from ¡the ¡companion ¡can ¡be ¡changed ¡by ¡more ¡

than ¡2 ¡magnitudes ¡in ¡an ¡orbital ¡cycle

• Tradi$onally, ¡MSPs ¡are ¡discovered ¡via ¡radio ¡$ming
• Radio ¡$ming ¡at ¡the ¡Fermi ¡posi$ons
• Blind ¡search ¡of ¡gamma-­‑ray ¡pulsa$on ¡is ¡now ¡possible ¡with ¡

Fermi; ¡it ¡is ¡however ¡very ¡hard ¡for ¡MSPs ¡(Pletsch+ ¡2012, ¡ Science) ¡and ¡op$cal ¡data ¡are ¡required.

• MSPs ¡can ¡be ¡``radio-­‑quiet’’ ¡that ¡have ¡not ¡been ¡seen ¡yet
• No ¡radio ¡=> ¡Need ¡X-­‑ray/gamma-­‑ray ¡data
• Too ¡many ¡X-­‑ray ¡sources ¡and ¡many ¡different ¡classes ¡of ¡

sources

• Gamma-­‑ray ¡data ¡are ¡more ¡``simple’’ ¡

How ¡can ¡we ¡search ¡for ¡BW ¡MSPs?

Mul%-­‑wavelength ¡Campaign

• Select ¡suitable ¡uniden$fied ¡Fermi ¡objects ¡(UFOs) ¡for ¡

follow-­‑up ¡X-­‑ray ¡and ¡op$cal ¡observa$ons

• Swi`/Chandra/XMM ¡observa$ons ¡can ¡iden$fy ¡

possible ¡counterparts

• Iden$fy ¡the ¡op$cal ¡counterpart ¡and ¡look ¡for ¡op$cal ¡

variability ¡due ¡to ¡the ¡orbital ¡modula$on

• In ¡principle, ¡a ¡blind ¡search ¡in ¡op$cal ¡data ¡is ¡also ¡

possible ¡(but ¡can ¡be ¡very ¡$me ¡consuming); ¡we ¡are ¡ trying ¡with ¡PTF

Op$cal/X-­‑ray ¡Observa$ons

• 100ks ¡Suzaku ¡observa$on
• Hard ¡X-­‑rays ¡show ¡obvious ¡

modula$on ¡on ¡the ¡orbital ¡period

• So` ¡X-­‑rays ¡remain ¡stable
• Spectral ¡variability ¡(phase ¡

resolved ¡spectroscopy)

• A ¡double-­‑peak ¡structure ¡is ¡

evident

Optical observations

Porb=4.6 ¡hr A`er ¡Kong+ ¡2012

MSP Hard X-rays from the shock Soft X-rays Soft X-rays Soft X-rays Soft X-rays Optical maximum Pulsar wind Suzaku 2-4 keV lightcurve

Op$cal ¡lightcurve ¡modeling

Yen ¡et ¡al. ¡in ¡prep.

UFO ¡as ¡a ¡``radio-­‑quiet’’ ¡gamma-­‑ray ¡emi?ng ¡ MSP ¡in ¡a ¡binary?

Fermi Op$cal/X-­‑ray ¡@4.6hr

Kong+ ¡2012

UFO ¡as ¡a ¡``radio-­‑quiet’’ ¡gamma-­‑ray ¡emi?ng ¡ MSP ¡in ¡a ¡binary?

Radio ¡pulsa$on ¡at ¡2.88ms ¡was ¡found ¡recently (Ray ¡et ¡al., ¡in ¡prep.) ¡ About ¡the ¡same ¡$me, ¡we ¡confirm ¡the ¡radio ¡source ¡with ¡ JVLA ¡at ¡2.6GHz => ¡S;ll ¡no ¡``radio-­‑quiet’’ ¡MSP Radio ¡pulsa$on ¡search ¡can ¡be ¡tricky ¡(Ray+ ¡2012) ¡and ¡ con$nuum ¡observa$on ¡can ¡help ¡understanding ¡the ¡ vicinity ¡of ¡BW ¡MSPs ¡ ¡

JVLA ¡Con%nuum ¡Observa%on ¡of ¡ the ¡BW ¡MSP ¡1FGL ¡J2339.7-­‑0531

63 μJy

Searching ¡for ¡``radio-­‑quiet’’ ¡ MSPs ¡are ¡ongoing

• Follow-­‑up ¡op$cal ¡observa$ons ¡are ¡being ¡carried ¡
• ut ¡for ¡a ¡few ¡other ¡UFOs
• See ¡Phyllis ¡poster ¡for ¡our ¡recent ¡follow-­‑up ¡
• bserva$ons ¡of ¡a ¡new ¡candidate ¡

(1FGL ¡J1653.6-­‑0158) ¡with ¡the ¡SAAO ¡1.9m

• Blind ¡search ¡in ¡op$cal ¡data ¡is ¡being ¡studied ¡via ¡

the ¡Palomar ¡Transient ¡Factory ¡(PTF)

Mul$-­‑wavelength ¡Synergy

• Radio ¡and ¡gamma-­‑ray ¡$ming ¡are ¡s$ll ¡the ¡most ¡efficient ¡

way ¡to ¡search ¡for ¡BW ¡MSPs

• Gamma-­‑ray ¡data ¡with ¡X-­‑ray/op$cal ¡iden$fica$on ¡will ¡

play ¡a ¡key ¡role ¡when ¡radio ¡pulsa$on ¡search ¡fails ¡(Kong+ ¡ 2012 ¡and ¡Romani+ ¡2012) ¡

• Orbital ¡modula$on ¡from ¡op$cal ¡data ¡are ¡cri$cal ¡for ¡

searching ¡radio/gamma-­‑ray ¡pulsa$on ¡(Pletsch+ ¡2012)

• Apart ¡from ¡the ¡system ¡geometry, ¡op$cal ¡data ¡can ¡also ¡

probe ¡the ¡nature ¡of ¡the ¡companion ¡and ¡abla$on ¡due ¡to ¡ the ¡pulsar

Mul$-­‑wavelength ¡Synergy

• Mul$-­‑wavelength ¡lightcurves ¡tell ¡us ¡how ¡the ¡pulsar ¡

winds ¡interact ¡with ¡the ¡companion

• BW ¡MSPs ¡with ¡op$cal ¡counterparts ¡are ¡rare. ¡Deeper ¡
• bserva$ons ¡are ¡required. ¡We ¡are ¡now ¡performing ¡a ¡

CFHT ¡survey ¡to ¡search ¡for ¡faint ¡op$cal ¡counterparts

• All-­‑sky ¡op$cal ¡survey ¡(e.g., ¡PTF ¡and ¡Pan-­‑STARRS; ¡LSST ¡in ¡

the ¡future) ¡may ¡find ¡new ¡candidates

Op%cal/X-­‑ray ¡lightcurve ¡of 2FGL ¡J2215.7+5135 ¡(Yen+, ¡in ¡prep.)

Lulin ¡1m, ¡r-­‑band Lulin ¡1m, ¡g-­‑band Chandra

Gamma-­‑ray/X-­‑ray ¡lightcurve ¡of ¡ PSR ¡B1957+20 ¡

• Orbital ¡modula$on ¡can ¡

also ¡be ¡seen ¡in ¡gamma-­‑ray ¡ lightcurve

• Gamma-­‑ray ¡spectra ¡of ¡

different ¡phases ¡are ¡also ¡ different

Chandra Huang+ ¡2012 Fermi Wu+ ¡2012

Palomar Transient Factory (PTF)

PTF Observations of FIRST J102347.6+003841 P=4.7 hr

Optical Blind Search for Unknown MSPs?

PTFS1217cr, P=7.7hr One has to be very careful because the optical behaviours

• f BW MSPs are very similar to W UMa variables

Misiden%fica%on ¡of ¡2FGL ¡J1549.7-­‑0657

• PSR ¡J1551-­‑06 ¡= ¡2FGL ¡

J1549.7-­‑0657?

• Bright ¡X-­‑ray ¡source ¡

associated ¡with ¡a ¡ R=18 ¡star ¡within ¡the ¡ Fermi ¡error ¡circle

• Op$cal ¡variability ¡

similar ¡to ¡blazar ¡from ¡ PTF

• Keck/LRIS ¡spectrum ¡

shows ¡a ¡featureless ¡ blazar ¡spectrum

Mul$-­‑wavelength ¡Synergy

• Mul$-­‑wavelength ¡lightcurves ¡tell ¡us ¡how ¡the ¡pulsar ¡

winds ¡interact ¡with ¡the ¡companion

• BW ¡MSPs ¡with ¡op$cal ¡counterparts ¡are ¡rare. ¡Deeper ¡
• bserva$ons ¡are ¡required. ¡We ¡are ¡now ¡performing ¡a ¡

CFHT ¡$me-­‑series ¡survey ¡to ¡search ¡for ¡faint ¡op$cal ¡ counterparts

• All-­‑sky ¡op$cal ¡survey ¡(e.g., ¡PTF ¡and ¡Pan-­‑STARRS; ¡LSST ¡in ¡

the ¡future) ¡may ¡find ¡new ¡candidates

• Radio ¡con$nuum ¡observa$ons ¡will ¡allow ¡us ¡to ¡study ¡

the ¡scapering/absorp$on ¡effects ¡of ¡the ¡systems ¡

• 10 ¡years ¡from ¡now, ¡LSST ¡+ ¡SKA ¡will ¡create ¡a ¡huge ¡BW ¡

MSP ¡database ¡for ¡a ¡popula$on ¡study