The Astrophysical Journal Letters (Jan 2023)
A Strong X-Ray Polarization Signal from the Magnetar 1RXS J170849.0-400910
- Silvia Zane,
- Roberto Taverna,
- Denis González–Caniulef,
- Fabio Muleri,
- Roberto Turolla,
- Jeremy Heyl,
- Keisuke Uchiyama,
- Mason Ng,
- Toru Tamagawa,
- Ilaria Caiazzo,
- Niccolò Di Lalla,
- Herman L. Marshall,
- Matteo Bachetti,
- Fabio La Monaca,
- Ephraim Gau,
- Alessandro Di Marco,
- Luca Baldini,
- Michela Negro,
- Nicola Omodei,
- John Rankin,
- Giorgio Matt,
- George G. Pavlov,
- Takao Kitaguchi,
- Henric Krawczynski,
- Fabian Kislat,
- Ruth Kelly,
- Iván Agudo,
- Lucio A. Antonelli,
- Wayne H. Baumgartner,
- Ronaldo Bellazzini,
- Stefano Bianchi,
- Stephen D. Bongiorno,
- Raffaella Bonino,
- Alessandro Brez,
- Niccolò Bucciantini,
- Fiamma Capitanio,
- Simone Castellano,
- Elisabetta Cavazzuti,
- Chieng-Ting Chen,
- Stefano Ciprini,
- Enrico Costa,
- Alessandra De Rosa,
- Ettore Del Monte,
- Laura Di Gesu,
- Immacolata Donnarumma,
- Victor Doroshenko,
- Michal Dovčiak,
- Steven R. Ehlert,
- Teruaki Enoto,
- Yuri Evangelista,
- Sergio Fabiani,
- Riccardo Ferrazzoli,
- Javier A. Garcia,
- Shuichi Gunji,
- Kiyoshi Hayashida,
- Wataru Iwakiri,
- Svetlana G. Jorstad,
- Philip Kaaret,
- Vladimir Karas,
- Jeffery J. Kolodziejczak,
- Luca Latronico,
- Ioannis Liodakis,
- Simone Maldera,
- Alberto Manfreda,
- Frédéric Marin,
- Andrea Marinucci,
- Alan P. Marscher,
- Francesco Massaro,
- Ikuyuki Mitsuishi,
- Tsunefumi Mizuno,
- C.-Y. Ng,
- Stephen L. O’Dell,
- Chiara Oppedisano,
- Alessandro Papitto,
- Abel L. Peirson,
- Matteo Perri,
- Melissa Pesce-Rollins,
- Pierre-Olivier Petrucci,
- Maura Pilia,
- Andrea Possenti,
- Juri Poutanen,
- Simonetta Puccetti,
- Brian D. Ramsey,
- Ajay Ratheesh,
- Oliver J. Roberts,
- Roger W. Romani,
- Carmelo Sgró,
- Patrick Slane,
- Paolo Soffitta,
- Gloria Spandre,
- Douglas A. Swartz,
- Fabrizio Tavecchio,
- Yuzuru Tawara,
- Allyn F. Tennant,
- Nicholas E. Thomas,
- Francesco Tombesi,
- Alessio Trois,
- Sergey S. Tsygankov,
- Jacco Vink,
- Martin C. Weisskopf,
- Kinwah Wu,
- Fei Xie
Affiliations
- Silvia Zane
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK ; [email protected]
- Roberto Taverna
- ORCiD
- Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova , Via Marzolo 8, I-35131 Padova, Italy
- Denis González–Caniulef
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia , Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada; Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie 9 avenue du Colonel Roche BP 44346, F-31028 Toulouse CEDEX 4 France
- Fabio Muleri
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Roberto Turolla
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK ; [email protected]; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova , Via Marzolo 8, I-35131 Padova, Italy
- Jeremy Heyl
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia , Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada
- Keisuke Uchiyama
- ORCiD
- RIKEN Nishina Center , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan; Department of Physics, Tokyo University of Science , 1-3 Kagurazaka, Shinjuku, Tokyo 162-8601, Japan
- Mason Ng
- ORCiD
- MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research , Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
- Toru Tamagawa
- ORCiD
- RIKEN Nishina Center , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan; Department of Physics, Tokyo University of Science , 1-3 Kagurazaka, Shinjuku, Tokyo 162-8601, Japan; RIKEN Cluster for Pioneering Research , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
- Ilaria Caiazzo
- ORCiD
- Cahill Astrophysics , 1216 California Blvd, MC 350-17, Caltech, Pasadena, CA 91125, USA
- Niccolò Di Lalla
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA
- Herman L. Marshall
- ORCiD
- MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research , Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
- Matteo Bachetti
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, I-09047 Selargius (CA), Italy
- Fabio La Monaca
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Ephraim Gau
- ORCiD
- Physics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis , St. Louis, MO 63130, USA
- Alessandro Di Marco
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Luca Baldini
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy; Dipartimento di Fisica, Universitàdi Pisa , Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Michela Negro
- ORCiD
- University of Maryland , Baltimore County, Baltimore, MD 21250, USA; NASA Goddard Space Flight Center , Greenbelt, MD 20771, USA; Center for Research and Exploration in Space Science and Technology , NASA/GSFC, Greenbelt, MD 20771, USA
- Nicola Omodei
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA
- John Rankin
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Giorgio Matt
- ORCiD
- Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre , Via della Vasca Navale 84, I-00146 Roma, Italy
- George G. Pavlov
- ORCiD
- Department of Astronomy and Astrophysics, Pennsylvania State University , University Park, PA 16802, USA
- Takao Kitaguchi
- RIKEN Cluster for Pioneering Research , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
- Henric Krawczynski
- ORCiD
- Physics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis , St. Louis, MO 63130, USA
- Fabian Kislat
- University of New Hampshire Department of Physics & Astronomy Space Science Center Morse Hall , Rm 311 8 College Rd Durham, NH 03824, USA
- Ruth Kelly
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK ; [email protected]
- Iván Agudo
- ORCiD
- Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC , Glorieta de la Astronomía s/n, E-18008, Granada, Spain
- Lucio A. Antonelli
- ORCiD
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy; INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, I-00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy
- Wayne H. Baumgartner
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Ronaldo Bellazzini
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Stefano Bianchi
- ORCiD
- Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre , Via della Vasca Navale 84, I-00146 Roma, Italy
- Stephen D. Bongiorno
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Raffaella Bonino
- ORCiD
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino , Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy
- Alessandro Brez
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Niccolò Bucciantini
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri , Largo Enrico Fermi 5, I-50125 Firenze, Italy; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze , Via Sansone 1, I-50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Firenze, Via Sansone 1, I-50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy
- Fiamma Capitanio
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Simone Castellano
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Elisabetta Cavazzuti
- ORCiD
- Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy
- Chieng-Ting Chen
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA; Universities Space Research Association (USRA) , USA
- Stefano Ciprini
- ORCiD
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Roma Tor Vergata, Via della Ricerca Scientifica 1, I-00133 Roma, Italy
- Enrico Costa
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Alessandra De Rosa
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Ettore Del Monte
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Laura Di Gesu
- ORCiD
- Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy
- Immacolata Donnarumma
- ORCiD
- Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy
- Victor Doroshenko
- ORCiD
- Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen , Sand 1, D-72076 Tübingen, Germany
- Michal Dovčiak
- ORCiD
- Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences , Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech Republic
- Steven R. Ehlert
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Teruaki Enoto
- ORCiD
- RIKEN Cluster for Pioneering Research , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
- Yuri Evangelista
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Sergio Fabiani
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Riccardo Ferrazzoli
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Javier A. Garcia
- ORCiD
- California Institute of Technology , Pasadena, CA 91125, USA
- Shuichi Gunji
- ORCiD
- Yamagata University , 1-4-12 Kojirakawa-machi, Yamagata-shi 990-8560, Japan
- Kiyoshi Hayashida
- Osaka University , 1-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japan
- Wataru Iwakiri
- ORCiD
- International Center for Hadron Astrophysics, Chiba University , Chiba 263-8522, Japan
- Svetlana G. Jorstad
- ORCiD
- Institute for Astrophysical Research, Boston University , 725 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215, USA; Department of Astrophysics, St. Petersburg State University , Universitetsky pr. 28, Petrodvoretz, 198504 St. Petersburg, Russia
- Philip Kaaret
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA; University of Iowa Department of Physics and Astronomy , Van Allen Hall, 30 N. Dubuque Street, Iowa City, IA 52242, USA
- Vladimir Karas
- ORCiD
- Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences , Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech Republic
- Jeffery J. Kolodziejczak
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Luca Latronico
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy
- Ioannis Liodakis
- ORCiD
- Finnish Centre for Astronomy with ESO, FI-20014 University of Turku , Finland
- Simone Maldera
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy
- Alberto Manfreda
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Frédéric Marin
- ORCiD
- Université de Strasbourg , CNRS, Observatoire Astronomique de Strasbourg, UMR 7550, F-67000 Strasbourg, France
- Andrea Marinucci
- ORCiD
- Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy
- Alan P. Marscher
- ORCiD
- Institute for Astrophysical Research, Boston University , 725 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215, USA
- Francesco Massaro
- ORCiD
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino , Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy
- Ikuyuki Mitsuishi
- Graduate School of Science, Division of Particle and Astrophysical Science, Nagoya University , Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi 464-8602, Japan
- Tsunefumi Mizuno
- ORCiD
- Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University , 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
- C.-Y. Ng
- ORCiD
- Department of Physics, The University of Hong Kong , Pokfulam, Hong Kong
- Stephen L. O’Dell
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Chiara Oppedisano
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, I-10125 Torino, Italy
- Alessandro Papitto
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, I-00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy
- Abel L. Peirson
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA
- Matteo Perri
- ORCiD
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy; INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, I-00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy
- Melissa Pesce-Rollins
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Pierre-Olivier Petrucci
- ORCiD
- Université Grenoble Alpes , CNRS, IPAG, F-38000 Grenoble, France
- Maura Pilia
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, I-09047 Selargius (CA), Italy
- Andrea Possenti
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, I-09047 Selargius (CA), Italy
- Juri Poutanen
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, FI-20014 University of Turku , Finland
- Simonetta Puccetti
- ORCiD
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, I-00133 Roma, Italy
- Brian D. Ramsey
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Ajay Ratheesh
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Oliver J. Roberts
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA; Universities Space Research Association (USRA) , USA
- Roger W. Romani
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA
- Carmelo Sgró
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Patrick Slane
- ORCiD
- Center for Astrophysics , Harvard & Smithsonian, 60 Garden Street, Cambridge, MA 02138, USA
- Paolo Soffitta
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy
- Gloria Spandre
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, I-56127 Pisa, Italy
- Douglas A. Swartz
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA; Universities Space Research Association (USRA) , USA
- Fabrizio Tavecchio
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Brera , Via E. Bianchi 46, I-23807 Merate (LC), Italy
- Yuzuru Tawara
- Graduate School of Science, Division of Particle and Astrophysical Science, Nagoya University , Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi 464-8602, Japan
- Allyn F. Tennant
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Nicholas E. Thomas
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Francesco Tombesi
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Roma Tor Vergata, Via della Ricerca Scientifica 1, I-00133 Roma, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma Tor Vergata , Via della Ricerca Scientifica 1, I-00133 Roma, Italy; Department of Astronomy, University of Maryland , College Park, MD 20742, USA
- Alessio Trois
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, I-09047 Selargius (CA), Italy
- Sergey S. Tsygankov
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, FI-20014 University of Turku , Finland
- Jacco Vink
- ORCiD
- Anton Pannekoek Institute for Astronomy & GRAPPA, University of Amsterdam , Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, The Netherlands
- Martin C. Weisskopf
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Kinwah Wu
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK ; [email protected]
- Fei Xie
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy; Guangxi Key Laboratory for Relativistic Astrophysics, School of Physical Science and Technology, Guangxi University , Nanning 530004, People's Republic of China
- DOI
- https://doi.org/10.3847/2041-8213/acb703
- Journal volume & issue
-
Vol. 944,
no. 2
p. L27
Abstract
Magnetars are the most strongly magnetized neutron stars, and one of the most promising targets for X-ray polarimetric measurements. We present here the first Imaging X-ray Polarimetry Explorer observation of the magnetar 1RXS J170849.0-400910, jointly analyzed with a new Swift observation and archival NICER data. The total (energy- and phase-integrated) emission in the 2–8 keV energy range is linerarly polarized, at a ∼35% level. The phase-averaged polarization signal shows a marked increase with energy, ranging from ∼20% at 2–3 keV up to ∼80% at 6–8 keV, while the polarization angle remains constant. This indicates that radiation is mostly polarized in a single direction. The spectrum is well reproduced by a combination of either two thermal (blackbody) components or a blackbody and a power law. Both the polarization degree and angle also show a variation with the spin phase, and the former is almost anticorrelated with the source counts in the 2–8 and 2–4 keV bands. We discuss the possible implications and interpretations, based on a joint analysis of the spectral, polarization, and pulsation properties of the source. A scenario in which the surface temperature is not homogeneous, with a hotter cap covered by a gaseous atmosphere and a warmer region in a condensed state, provides a satisfactory description of both the phase- and energy-dependent spectro-polarimetric data. The (comparatively) small size of the two emitting regions, required to explain the observed pulsations, does not allow to reach a robust conclusion about the presence of vacuum birefringence effects.
Keywords