1

Where are the neutron Where are the neutron star candidates?star candidates?

M.­H. GrondinM.­H. Grondin

for the CENBGfor the CENBG

2

Detection of pulsars with Fermi• Before Fermi : 7 pulsars known in gamma­rays, only Geminga is radio­

quiet

• ~100 pulsars expected before the launch• Two types of searches for gamma­ray pulsars :

– using known ephemeris at other wavelengths for radio/X­ray pulsars– blind searches for Geminga­type pulsars

Here, we consider sources that may be neutron stars but without any evidence of pulsed emission.

3

Implications of  the detection of                         Geminga­type pulsars

• Knowing the “Geminga fraction” of pulsars can constrain the mechanisms of gamma­ray emission

cf. 1st GLAST symposium, Stanford, 2007     Harding et al, 2007, astro­ph/0706.1542

4

Pulsar blind search in the Fermi collaboration

A blind search is performed on the Fermi gamma­ray photons :

– Position of the source well­known

– Spin parameters (F0,F1,F2) unknown

– Sources of interest:• sources from the LAT catalog• « known pulsars », in parallel with the studies performed using 

the radio/X/optical ephemeris• promising « Geminga candidates » (CCO of PWN, MILAGRO 

sources, …)

5

Methods used for the blind search        (UCSC, NRL)

A blind search is performed on the gamma­ray photons using :

­ Fast Fourier Transforms : very expensive computationnally, needs a long observation time (with possibility of glitch) because of the low flux of the sources  can not be used on Fermi data

­ Time­Differencing Technique : analysis the differences of photon arrival times, with a better sensitivity than FFT

 reduce the computational time, the effects of frequency derivatives and glitches

For more details, please see :Atwood et. al., ApJ Lett., 652, 49 (2006)Ziegler et. al., ApJ 680, 620 (2008)

6

The LAT catalog

Every month, a complete analysis is performed on the whole sky :­ Source detection, using MRfilter (Haar wavelet transform) ­ Spectral analysis, using the likelihood method­ Source association, using catalogs from other wavelengths 

experimentsThe LAT internal catalog is updated and improved because of the 

increasing statistics, a better knowledge of the Instrument Response Functions (effective area, energy resolution, point spread function) and of the diffuse emission.

The two first public versions of the LAT catalog should be published in february and august 2009. This catalog will contain :­ the position of the source­ spectral (flux, pivot energy, …) and spatial (radius of ellipse at 

68% and 90% confidence, …) informations­ the name(s) of potential counterparts (if they exist)

7

Detection of a glitch in PSR B1706­44

Pre­glitch ephemeris

Post­glitchephemeris

A search around a narrow range of frequencies  centered on the known ephemeris results in two highly significant peaks in the power spectrum.

Glitch occurred between 08:00 on 14 Aug and 06:00 on 15 Aug

This pulsar has been known to glitch (e.g. 1992, 1995). This is the first detection in gamma rays. Radio follow­up observations are planned.

8

Central Compact Objects of PWNe

• CCO of PWNe are very interesting candidates for the blind search, as neutron star candidates (detectable in gamma­rays?)

• Study in the framework of the « plerion candidates for   Fermi » : list  and bibliography of PWNe with and without known pulsars

• Selection of PWNe without any detected pulsar but with a Central Compact Object (CCO) detected in X­rays (no pulsation observed)

9

CCO of PWNe (2)

 ­29:04:13 17:45:39.6  G359.89­0.08  ­37:54 18:56.5  G358.6­17.2     G327.1­1.1    MSH 15­56 G326.3­1.8     G293.8+0.6    MSH 11­62 G291.0­0.1  05:27:12 19:04:04.7 3C 396 G39.2­0.3 

3EG J1809­2328 ­23:32:23 18:09:50.2 Taz G7.4­2.0 3EG J0010+7309 +73:03:08.17 00:07:01.537 CTA 1 G119.5+0.2 

 ­13:00:55 18:28:48 G18.95­1.1  ­17:49:57.48 18:13:35.17  G12.82­0.02 

3EG J1420­6048 ­60:57:56.514:18:39.9 Rabbit G313.3+0.1 3EG J0617+2238 +22:21:27.3 06:17:05.31 IC 443 G189.1+3.0 

 ­28:52:56.5 17:46:21.5  G0.13­0.11 

EGRET coïncidence 

Dec of the CCO 

(°:':".d) 

Ra of the CCO 

(hh:mm:ss.d) 

Other name PWN 

10

Other compact objectscf. Kaspi, Roberts and Harding, astro­ph/0402136v2 (2004).      see also contributions to AIP Conf. Proc. Montreal, Canada (2007).

• Isolated neutron stars:– RX J0420.0­5022– RX J0720.4­3125– RX J0806.4­4132– RX J1308.6+2127– RX J1605.3+3249

• CCO of SNR– CXOU J082157.5­430017 (Puppis A)– CXOU J085201.4­461753 (Vela Jr.)– RX J121000.8­522625 (G296.5+10.0)– CXOU J161736.3­510225 (RCW 103)– CXOU J232327.9+584843 (Cas A)– Pointlike source in RCW 86 (ra=14:40:31.05, dec=­62:38:16.9)– 1WGA 1713.4­3949 (RX J1713.7­3946)– CXOU J185238.6+004020 (Kes 79)

11

Discovery of a pulsar in the young supernova remnant CTA1

CTA1

Fermi first lights (June, 30. – July, 4. 2008)

12

Before Fermi launch­ SNR observed in radio in the 1960’s (Harris & Roberts, 1960) : young 

SNR in the Sedov phase, distance ~ 1.4 kpc, diameter ~ 90’­ Synchrotron pulsar wind nebula detected in X­rays (Seward et al, 1995, 

Slane et al, 1997, 2004), diameter ~ 18’­ Pointlike source detected by Chandra (Halpern et al, 2004) in the SNR. 

No evidence of pulsation but spectral characteristics of a neutron star This pointlike source is a good pulsar candidate

­ An EGRET error box is located in the SNR A detection is highly expected with Fermi

Pointlike source observed by Chandra

SNR as seen in radioEGRET contours (violine) and 

synchrotron nebula X­ray emission

13Phase histogram 

(two cycles are represented)

The first post­launch Fermi paper, published in Science deals with the discovery of a pulsar (no pulsation observed either in radio or in X­rays) in the SNR CTA1

Discovery of a pulsar in the young supernova remnant CTA1

14

The Fermi detection (red circle) is spatially coïncident with the pointlike X­ray source (black cross). It is also compatible with the 95% error box of EGRET (blue circle).

30/06/08 – 30/07/08 : 900 photons above 100 MeV

Flux (>100 MeV) ~ 3.8e­7 cm­2.s­1

Pulsar informations from Fermi data:• P ~ 317 ms• dP/dt ~ 3.6e­13• Ė = 4.5e35 ergs/s• B = 1.1e13 G• Characteristic age ~ 10,000 yr

Discovery of a pulsar in the young supernova remnant CTA1

15

Conclusions

• Different types of neutron star candidates: CCO of PWN, SNR, isolated neutron stars, …

• A pulsar blind search can be performed, in particular when a Fermi source is spatially coincident with such candidate.

• The detection of radio­quiet pulsars has an implication on the emission mecanisms.

• A new radio­quiet gamma­ray pulsar has been discovered in the SNR CTA1... and more are on the way!