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Large High-precision X-Ray Timing of Three Millisecond Pulsars with $NICER$: Stability Estimates and Comparison with Radio

Authors :
Samuel R. Price
R. Spiewak
Paul Demorest
Sarah J. Vigeland
Slavko Bogdanov
W. W. Zhu
Timothy Dolch
Michael T. Lam
Julia S. Deneva
Peter A. Gentile
Cherry Ng
Zaven Arzoumanian
Harsha Blumer
D. R. Lorimer
N. Garver-Daniels
Maura McLaughlin
K. S. Wood
Matthew Kerr
J. Doty
Paul S. Ray
Scott M. Ransom
C. B. Markwardt
C. Malacaria
Joseph K. Swiggum
J. A. Ellis
Ingrid H. Stairs
M. L. Jones
Sebastien Guillot
Emmanuel Fonseca
Andrea N. Lommen
Paul R. Brook
Alice K. Harding
Kevin Stovall
Kevin Black
L. Guillemot
Robert D. Ferdman
David J. Nice
Timothy T. Pennucci
Luke M. Winternitz
Ismaël Cognard
M. T. Wolff
E. C. Ferrara
Ryan S. Lynch
H. T. Cromartie
M. E. DeCesar
Paul T. Baker
Natalia Lewandowska
Keith Gendreau
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E)
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Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
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Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
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PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2019, 874 (2), pp.160. ⟨10.3847/1538-4357/ab0966⟩, Astrophys.J., Astrophys.J., 2019, 874 (2), pp.160. ⟨10.3847/1538-4357/ab0966⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

The Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) is an X-ray astrophysics payload on the International Space Station. It enables unprecedented high-precision timing of millisecond pulsars without the pulse broadening and delays due to dispersion and scattering within the interstellar medium that plague radio timing. We present initial timing results from a year of data on the millisecond pulsars PSR B1937+21 and PSR J0218+4232, and nine months of data on PSR B1821-24. NICER time-of-arrival uncertainties for the three pulsars are consistent with theoretical lower bounds and simulations based on their pulse shape templates and average source and background photon count rates. To estimate timing stability, we use the $\sigma_z$ measure, which is based on the average of the cubic coefficients of polynomial fits to subsets of timing residuals. So far we are achieving timing stabilities $\sigma_z \approx 3 \times 10^{-14}$ for PSR B1937+21 and on the order of $10^{-12}$ for PSRs B1821$-$24 and J0218+4232. Within the span of our \textit{NICER} data we do not yet see the characteristic break point in the slope of $\sigma_z$; detection of such a break would indicate that further improvement in the cumulative root-mean-square (RMS) timing residual is limited by timing noise. We see this break point in our comparison radio data sets for PSR B1821-24 and PSR B1937+21 on time scales of $> 2$ years.<br />Comment: 30 pages, 15 figures; accepted to ApJ

Details

Language :
English
ISSN :
0004637X and 15384357
Database :
OpenAIRE
Journal :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2019, 874 (2), pp.160. ⟨10.3847/1538-4357/ab0966⟩, Astrophys.J., Astrophys.J., 2019, 874 (2), pp.160. ⟨10.3847/1538-4357/ab0966⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....4d60650d72a2a4f8a8dcc6b64e2fa540