viii
Contents
2 General Relativity Measurements from Pulsars . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Marta Burgay, Delphine Perrodin, and Andrea Possenti
2.1 Why Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2 The Many Faces of the Radio Pulsar Zoo . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.1 Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.2 Intermittent Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.3 Rotating RAdio Transients . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.3 Relativistic Binary Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.1 Basic Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.2 The Current Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.4 Pulsar Timing Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.4.1 Timing Procedure: Measurement of the ToAs .. . . . . . . . . . . . . 72
2.4.2 Timing Procedure: Modelling the ToAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.5 Probing Relativistic Gravity with Pulsars . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.5.1 Tests Using PPN Parameters . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.5.2 Tests Using PK Parameters .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.5.3 Future Prospects.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3 Magnetars: A Short Review and Some Sparse Considerations .. . . . . . . . 97
Paolo Esposito, Nanda Rea, and Gian Luca Israel
3.1 Historical Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2 Observational Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.1 Persistent Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.2 Transient Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.3 Magnetar Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.2.4 Magnetic Field Evolution and the Neutron
Star Bestiary .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.2.5 Low-B Magnetars and High-B Pulsars .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.2.6 Magnetars in Binary Systems . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.3 Final Remarks.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4 Accreting Millisecond X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Alessandro Patruno and Anna L. Watts
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2 The Accreting Millisecond X-ray Pulsar Family .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2.1 Intermittency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.3 Observations of the AMXPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.1 SAX J1808.4-3658 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.2 XTE J1751-305 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.3.3 XTE J0929-314 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.3.4 XTE J1807-294 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.3.5 XTE J1814-338 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.3.6 IGR J00291+5934 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.3.7 HETE J1900.1-2455 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Contents
2 General Relativity Measurements from Pulsars . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Marta Burgay, Delphine Perrodin, and Andrea Possenti
2.1 Why Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2 The Many Faces of the Radio Pulsar Zoo . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.1 Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.2 Intermittent Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.3 Rotating RAdio Transients . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.3 Relativistic Binary Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.1 Basic Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.2 The Current Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.4 Pulsar Timing Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.4.1 Timing Procedure: Measurement of the ToAs .. . . . . . . . . . . . . 72
2.4.2 Timing Procedure: Modelling the ToAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.5 Probing Relativistic Gravity with Pulsars . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.5.1 Tests Using PPN Parameters . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.5.2 Tests Using PK Parameters .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.5.3 Future Prospects.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3 Magnetars: A Short Review and Some Sparse Considerations .. . . . . . . . 97
Paolo Esposito, Nanda Rea, and Gian Luca Israel
3.1 Historical Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2 Observational Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.1 Persistent Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.2 Transient Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.3 Magnetar Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.2.4 Magnetic Field Evolution and the Neutron
Star Bestiary .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.2.5 Low-B Magnetars and High-B Pulsars .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.2.6 Magnetars in Binary Systems . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.3 Final Remarks.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4 Accreting Millisecond X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Alessandro Patruno and Anna L. Watts
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2 The Accreting Millisecond X-ray Pulsar Family .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2.1 Intermittency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.3 Observations of the AMXPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.1 SAX J1808.4-3658 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.2 XTE J1751-305 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.3.3 XTE J0929-314 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.3.4 XTE J1807-294 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.3.5 XTE J1814-338 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.3.6 IGR J00291+5934 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.3.7 HETE J1900.1-2455 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161