SpiderCat - A Catalog of Compact Binary Millisecond Pulsars
Abstract
I denne masteroppgaven presenterer vi en katalog over kompakte binære millisekundpulsarer (CBMSPs), også kjent som "spiders". Vi starter med en introduksjon til nøytronstjerner (NSer) generelt og CBMSPs spesielt: deres dannelse, struktur og evolusjon. Vi bruker eksisterende NS- og flerbølgelengdekataloger for å sammenstille og komplettere vår egen katalog: SpiderCat. Vi inkluderer alle kjente spiders i den galaktiske disken, både bekreftede og kandidater (for tiden 76). Fra en oppdatert liste over CBMSPs søkte vi i flere eksisterende databaser for å innhente informasjon om tidsmåling, astrometriske og fotometriske egenskaper for hvert system. Vi søker også og analyserer hovedegenskapene til det interstellare mediet i hver synslinje.
Først inspiserer vi tidsmålingsegenskaper som NS-rotasjonsperioden, dens tidsderivat, omløpsperioden og andre omløpsegenskaper. Disse dataene er samlet fra pulsarkatalogen vedlikeholdt av Australia Telescope National Facility, ved hjelp av en egenutviklet kode i Python. I kapittel 3 går vi over til det interstellare mediet, spesielt hvordan støv, gass og frie elektroner påvirker observasjonene av spiders gjennom henholdsvis rødforskyvning, absorpsjon og pulsdispersjon. Kapittel 4 presenterer de astrometriske egenskapene til våre systemer. Ved hjelp av to optiske databaser finner vi optiske motparter for mer enn halvparten av spiders i vår katalog. Vi tabellfører og plotter også parallaksene og egenbevegelsene til disse systemene. Kapittel 5 presenterer de fotometriske egenskapene i de optiske og røntgenbåndene. Dette inkluderer optiske størrelsesklasser, fargeindekser og røntgenflukser. De viktigste funnene i denne avhandlingen er i) bekreftelsen av at spiders inneholder de raskest roterende NSene, ii) funnet at redbacks viser en høyere egenbevegelse enn "black widows" og iii) bekreftelsen av en ekstrem følgetemperatur for PSR J1816+4510. Til slutt gir vi en oversikt over katalogen og diskuterer fremtidige forbedringer. In this thesis, we present a catalog of compact binary millisecond pulsars (CBMSPs), also known as “spiders”. We start with an introduction to neutron stars (NSs) in general and CBMSPs in particular: their formation, structure, and evolution. We use existing NS and multi-wavelength catalogs to compile and complement our own catalog: SpiderCat. We include all known spiders in the Galactic disk, confirmed or candidate (currently 76). From an initial updated list of CBMSPs, we searched several existing databases to obtain information regarding the timing, astrometric and photometric properties of each system. We also search and analyze the main properties of the interstellar medium in each line of sight. First, we inspect the timing properties such as the NS spin period, its time derivative, the orbital period and other orbital properties. These data are collected from the pulsar catalog maintained by the Australia Telescope National Facility, using a self-developed script in Python. In Chapter 3, we turn to the interstellar medium and, in particular, to how dust, gas, and free electrons impact the observations of spiders through reddening, absorption, and pulse dispersion, respectively. Chapter 4 presents the astrometric properties of our systems. Using two optical surveys, we find optical counterparts for more than half of the spiders in our sample. We also tabulate and plot the parallaxes and proper motions of these systems. Chapter 5 presents the photometric properties in the optical and X-ray bands. This includes optical magnitudes, color indices and X-ray fluxes.
The main findings of this thesis are i) the confirmation of the fact that spiders host the fastest-spinning NSs, ii) the finding that redbacks display a higher proper motion than black widows and iii) the confirmation of an extreme companion temperature for PSR J1816+4510. To conclude, we provide an overview of the catalog and discuss future improvements.