The Astrophysical Journal (Jan 2024)
Analysis of Crab X-Ray Polarization Using Deeper Imaging X-Ray Polarimetry Explorer Observations
- Josephine Wong,
- Tsunefumi Mizuno,
- Niccoló Bucciantini,
- Roger W. Romani,
- Yi-Jung Yang,
- Kuan Liu,
- Wei Deng,
- Kazuho Goya,
- Fei Xie,
- Maura Pilia,
- Philip Kaaret,
- Martin C. Weisskopf,
- Stefano Silvestri,
- C.-Y. Ng,
- Chien-Ting Chen,
- Iván Agudo,
- Lucio A. Antonelli,
- Matteo Bachetti,
- Luca Baldini,
- Wayne H. Baumgartner,
- Ronaldo Bellazzini,
- Stefano Bianchi,
- Stephen D. Bongiorno,
- Raffaella Bonino,
- Alessandro Brez,
- Fiamma Capitanio,
- Simone Castellano,
- Elisabetta Cavazzuti,
- Stefano Ciprini,
- Enrico Costa,
- Alessandra De Rosa,
- Ettore Del Monte,
- Laura Di Gesu,
- Niccoló Di Lalla,
- Alessandro Di Marco,
- Immacolata Donnarumma,
- Victor Doroshenko,
- Michal Dovčiak,
- Steven R. Ehlert,
- Teruaki Enoto,
- Yuri Evangelista,
- Sergio Fabiani,
- Riccardo Ferrazzoli,
- Javier A. Garcia,
- Shuichi Gunji,
- Jeremy Heyl,
- Wataru Iwakiri,
- Svetlana G. Jorstad,
- Vladimir Karas,
- Fabian Kislat,
- Takao Kitaguchi,
- Jeffery J. Kolodziejczak,
- Henric Krawczynski,
- Fabio La Monaca,
- Luca Latronico,
- Ioannis Liodakis,
- Simone Maldera,
- Alberto Manfreda,
- Frédéric Marin,
- Andrea Marinucci,
- Alan P. Marscher,
- Herman L. Marshall,
- Francesco Massaro,
- Giorgio Matt,
- Ikuyuki Mitsuishi,
- Fabio Muleri,
- Michela Negro,
- Stephen L. O’Dell,
- Nicola Omodei,
- Chiara Oppedisano,
- Alessandro Papitto,
- George G. Pavlov,
- Abel Lawrence Peirson,
- Matteo Perri,
- Melissa Pesce-Rollins,
- Pierre-Olivier Petrucci,
- Andrea Possenti,
- Juri Poutanen,
- Simonetta Puccetti,
- Brian D. Ramsey,
- John Rankin,
- Ajay Ratheesh,
- Oliver J. Roberts,
- Carmelo Sgró,
- Patrick Slane,
- Paolo Soffitta,
- Gloria Spandre,
- Douglas A. Swartz,
- Toru Tamagawa,
- Fabrizio Tavecchio,
- Roberto Taverna,
- Yuzuru Tawara,
- Allyn F. Tennant,
- Nicholas E. Thomas,
- Francesco Tombesi,
- Alessio Trois,
- Sergey Tsygankov,
- Roberto Turolla,
- Jacco Vink,
- Kinwah Wu,
- Silvia Zane
Affiliations
- Josephine Wong
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA ; [email protected]
- Tsunefumi Mizuno
- ORCiD
- Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University , 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
- Niccoló Bucciantini
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Largo Enrico Fermi 5, 50125 Firenze, Italy; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze , Via Sansone 1, 50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Firenze, Via Sansone 1, 50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy
- Roger W. Romani
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA ; [email protected]
- Yi-Jung Yang
- ORCiD
- Graduate Institute of Astronomy, National Central University , 300 Zhongda Road, Zhongli, Taoyuan 32001, Taiwan; Laboratory for Space Research, The University of Hong Kong , Cyberport 4, Hong Kong
- Kuan Liu
- ORCiD
- Guangxi Key Laboratory for Relativistic Astrophysics, School of Physical Science and Technology, Guangxi University , Nanning 530004, People's Republic of China
- Wei Deng
- ORCiD
- Guangxi Key Laboratory for Relativistic Astrophysics, School of Physical Science and Technology, Guangxi University , Nanning 530004, People's Republic of China
- Kazuho Goya
- Hiroshima University , School of Science, 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima 739-8526, Japan
- Fei Xie
- ORCiD
- Guangxi Key Laboratory for Relativistic Astrophysics, School of Physical Science and Technology, Guangxi University , Nanning 530004, People's Republic of China; INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Maura Pilia
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), Italy
- Philip Kaaret
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Martin C. Weisskopf
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Stefano Silvestri
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , 56127 Sezione di Pisa, Italy
- C.-Y. Ng
- ORCiD
- Department of Physics, The University of Hong Kong , Pokfulam, Hong Kong
- Chien-Ting Chen
- ORCiD
- Science and Technology Institute, Universities Space Research Association , Huntsville, AL 35805, USA
- Iván Agudo
- ORCiD
- Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC , Glorieta de la Astronomía s/n, 18008 Granada, Spain
- Lucio A. Antonelli
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy; Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Matteo Bachetti
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), Italy
- Luca Baldini
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy; Dipartimento di Fisica, Università di Pisa , Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, 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, 56127 Pisa, Italy
- Stefano Bianchi
- ORCiD
- Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre , Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, Italy
- Stephen D. Bongiorno
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Raffaella Bonino
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino , Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- Alessandro Brez
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy
- Fiamma Capitanio
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Simone Castellano
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy
- Elisabetta Cavazzuti
- ORCiD
- ASI—Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Stefano Ciprini
- ORCiD
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Roma “Tor Vergata,” Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Roma, Italy
- Enrico Costa
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Alessandra De Rosa
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Ettore Del Monte
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Laura Di Gesu
- ASI—Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Niccoló Di Lalla
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA ; [email protected]
- Alessandro Di Marco
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Immacolata Donnarumma
- ORCiD
- ASI—Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Victor Doroshenko
- ORCiD
- Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen , Sand 1, 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, 00133 Roma, Italy
- Sergio Fabiani
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Riccardo Ferrazzoli
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Javier A. Garcia
- ORCiD
- NASA Goddard Space Flight Center , Greenbelt, MD 20771, USA
- Shuichi Gunji
- ORCiD
- Yamagata University ,1-4-12 Kojirakawa-machi, Yamagata-shi 990-8560, Japan
- Jeremy Heyl
- ORCiD
- University of British Columbia , Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
- 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
- Vladimir Karas
- ORCiD
- Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences , Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech Republic
- Fabian Kislat
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy and Space Science Center, University of New Hampshire , Durham, NH 03824, USA
- Takao Kitaguchi
- RIKEN Cluster for Pioneering Research , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
- Jeffery J. Kolodziejczak
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Henric Krawczynski
- ORCiD
- Physics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis , St. Louis, MO 63130, USA
- Fabio La Monaca
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma “Tor Vergata,” Via della Ricerca Scientifica 1, I-00133 Roma, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza,” Piazzale Aldo Moro 5, I-00185 Roma, Italy
- Luca Latronico
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- Ioannis Liodakis
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Simone Maldera
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- Alberto Manfreda
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Napoli, Strada Comunale Cinthia, 80126 Napoli, Italy
- Frédéric Marin
- ORCiD
- Université de Strasbourg , CNRS, Observatoire Astronomique de Strasbourg, UMR 7550, 67000 Strasbourg, France
- Andrea Marinucci
- ORCiD
- ASI—Agenzia Spaziale Italiana , Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Alan P. Marscher
- ORCiD
- Institute for Astrophysical Research, Boston University , 725 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215, USA
- Herman L. Marshall
- ORCiD
- MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology , 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
- Francesco Massaro
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino , Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- Giorgio Matt
- ORCiD
- Dipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre , Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, Italy
- Ikuyuki Mitsuishi
- Graduate School of Science, Division of Particle and Astrophysical Science, Nagoya University , Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi 464-8602, Japan
- Fabio Muleri
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Michela Negro
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, Louisiana State University , Baton Rouge, LA 70803, USA
- Stephen L. O’Dell
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- Nicola Omodei
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA ; [email protected]
- Chiara Oppedisano
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- Alessandro Papitto
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy
- George G. Pavlov
- ORCiD
- Department of Astronomy and Astrophysics, Pennsylvania State University , University Park, PA 16802, USA
- Abel Lawrence Peirson
- ORCiD
- Department of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University , Stanford, CA 94305, USA ; [email protected]
- Matteo Perri
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Roma , Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), Italy; Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Melissa Pesce-Rollins
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy
- Pierre-Olivier Petrucci
- ORCiD
- Université Grenoble Alpes , CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, France
- Andrea Possenti
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), Italy
- Juri Poutanen
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, University of Turku , FI-20014, Finland
- Simonetta Puccetti
- Space Science Data Center , Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy
- Brian D. Ramsey
- ORCiD
- NASA Marshall Space Flight Center , Huntsville, AL 35812, USA
- John Rankin
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Ajay Ratheesh
- ORCiD
- INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali , Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy
- Oliver J. Roberts
- ORCiD
- Science and Technology Institute, Universities Space Research Association , Huntsville, AL 35805, USA
- Carmelo Sgró
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 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, 00133 Roma, Italy
- Gloria Spandre
- ORCiD
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy
- Douglas A. Swartz
- ORCiD
- Science and Technology Institute, Universities Space Research Association , Huntsville, AL 35805, USA
- Toru Tamagawa
- ORCiD
- RIKEN Cluster for Pioneering Research , 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
- Fabrizio Tavecchio
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Brera , Via E. Bianchi 46, 23807 Merate (LC), Italy
- Roberto Taverna
- ORCiD
- Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova , Via Marzolo 8, 35131 Padova, 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, 00133 Roma, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma “Tor Vergata,” Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Roma, Italy
- Alessio Trois
- ORCiD
- INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari , Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), Italy
- Sergey Tsygankov
- ORCiD
- Department of Physics and Astronomy, University of Turku , FI-20014, Finland
- Roberto Turolla
- ORCiD
- Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova , Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy; Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK
- Jacco Vink
- ORCiD
- Anton Pannekoek Institute for Astronomy & GRAPPA, University of Amsterdam , Science Park 904, 1098 XH Amsterdam, The Netherlands
- Kinwah Wu
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK
- Silvia Zane
- ORCiD
- Mullard Space Science Laboratory, University College London , Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK
- DOI
- https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad6309
- Journal volume & issue
-
Vol. 973,
no. 2
p. 172
Abstract
We present Crab X-ray polarization measurements using Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE) data with a total exposure of 300 ks, three times more than the initial 2022 discovery paper. Polarization is detected in three times more pulsar phase bins, revealing an S-shaped +40° polarization angle sweep in the main pulse and >1 σ departures from the OPTIMA optical polarization in both pulses, suggesting different radiation mechanisms or sites for the polarized emission at the two wavebands. Our polarization map of the inner nebula reveals a toroidal magnetic field, as seen in prior IXPE analyses. Along the southern jet, the magnetic field orientation relative to the jet axis changes from perpendicular to parallel and the polarization degree decreases by ∼6%. These observations may be explained by kink instabilities along the jet or a collision with a dense, jet-deflecting medium at the tip. Using spectropolarimetric analysis, we find asymmetric polarization in the four quadrants of the inner nebula, as expected for a toroidal field geometry, and a spatial correlation between polarization degree and photon index.
Keywords