CTA	  –	  Japan	  Workshop	  2016	  	  15-­‐16	  December	  2016	  1. Revolu)on	  of	  Pulsar	  Astronomy	  by	  Fermi	  2. Challenges	  and	  Expecta)ons	  for	  CTA	  Revolu)on	  of	  Pulsar	  Astronomy	  by	  Fermi	  • Radio-­‐quiet	  gamma-­‐ray	  Pulsars	  • Millisecond	  Pulsars	  • Globular	  Clusters	  Gamma-­‐ray	  Pulsar	  Popula)on	  	  before	  Fermi	  Revolu)on	  of	  Pulsar	  Astronomy	  Abdo	  et	  al.	  (2013)	  Diﬀerences	  between	  Radio-­‐loud	  vs	  Radio-­‐quiet	  Popula)ons	  • Magne&c	  ﬁeld	  strength	  • Spectral	  Proper&es	  • Gamma-­‐ray	  to	  X-­‐ray	  ﬂux	  ra)os	  Hui	  et	  al.	  (2017)	  	  	  	  	  	  arXiv:1611.07428	  Magne)c	  Field	  Strength	  Hui	  et	  al.	  (2017)	  	  	  	  	  	  arXiv:1611.07428	  Spectral	  Proper)es	  vs	  Hui	  et	  al.	  (2017)	  	  	  	  	  	  arXiv:1611.07428	  Spectral	  Proper)es	  Hui	  et	  al.	  (2017)	  	  	  	  	  	  arXiv:1611.07428	  Millisecond	  Pulsars	  LMXBs	  are	  progenitors	  of	  MSPs	  A	  new	  class	  of	  MSPs	  -­‐	  Redbacks	  Similar	  to	  black	  widow:	  Tight	  orbit	  (<	  1	  day),	  presence	  of	  radio	  eclipses	  Diﬀerent	  from	  black	  widow:	  Companion	  masses	  are	  >	  0.2	  Msun.	  st1 	  Redback	  –	  PSR	  J1023+0038	  • FIRST	  J102347.6+003841	  is	  a	  qLMXB	  that	  clearly	  showed	  an	  accre)on	  disk	  before	  2002	  (Wang	  et	  al.	  2009).	  	  • Since	  then	  the	  disk	  was	  disappeared!	  
• And	  a	  radio	  MSP	  has	  been	  found	  in	  2007	  (Archibald	  et	  al.	  2009)	  	  	  	  	  PSR	  J1023+0038	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  is	  a	  	  newly-­‐born	  radio	  MSP!	  Gamma-­‐ray	  emission	  from	  	  PSR	  J1023+0038	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Fermi	  LAT	  2008	  Aug	  4	  –	  2010	  Jul	  14	  Tam	  et	  al.	  (2010)	  Catch	  the	  transi)on	  on	  the	  act!	  Catch	  the	  transi)on	  on	  the	  act!	  

ATel#	  5513	  Catch	  the	  transi)on	  on	  the	  act!	  Catch	  the	  transi)on	  on	  the	  act!	  

Takata	  et	  al.	  (2014)	  Intrabinary	  Shock	  of	  MSP	  Binary	  Shock	  geometry	  is	  determined	  by	  the	  ra)o	  of	  momentum	  ﬂuxes	  of	  the	  pulsar	  wind	  to	  the	  stellar	  wind:	  η=	  Lsd/c	  dM*/dt	  Vescape	  For	  B1957+20:	  η~10	  	  For	  the	  cone-­‐like	  shock,	  X-­‐ray	  peaks	  are	  results	  of	  Doppler	  boos)ng	  before/aker	  the	  radio	  eclipse.	  Orbital	  dependence	  of	  γ-­‐ray	  emission	  from	  Black	  Widow	  Wu	  et	  al.	  (2012)	  Orbital	  dependence	  of	  γ-­‐ray	  emission	  from	  Black	  Widow	  Wu	  et	  al.	  (2012)	  Gamma-­‐ray	  Globular	  Clusters	  47	  Tuc	  	  -­‐	  	  First	  Gamma-­‐ray	  detec8on	  of	  a	  GC	  Abdo	  et	  al.	  (2009)	  Gamma-­‐ray	  Globular	  Clusters	  Terzan	  5	  –	  GC	  that	  host	  the	  largest	  known	  MSP	  popula8on	  	  Kong,	  Hui	  &	  Cheng(2010)	  Origin	  of	  the	  Gamma-­‐rays	  from	  GCs	  Inverse	  Compton	  ScaMering	  vs	  Magnetospheric	  origin	  • Magnetospheric	  origin	  –	  Lϒ depends	  solely	  on	  the	  MSP	  popula)on.	  
• ICS	  scenario	  -­‐	  Lϒ depends	  on	  the	  MSP	  popula)on	  AND	  the	  energy	  densi)es	  of	  sok	  photon	  ﬁelds.	  Proper)es	  of	  Gamma-­‐ray	  GCs	  Hui	  et	  al.	  (2011)	  Fundamental	  Plane	  of	  Gamma-­‐ray	  GCs	  Hui	  et	  al.	  (2011)	  MSPs	  in	  Globular	  Clusters	  • But	  2	  gamma-­‐ray	  GCs	  are	  excep)onal:	  Tam	  et	  al.	  (2011)	  Abdo	  et	  al.	  (2010)	  NGC	  6624	  These	  2	  GCs	  contain	  energePc	  young	  MSPs.	  	  Period	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  3.05	  ms	  Period	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  5.44	  ms	  dP/dt	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1.61x10-­‐18	  s/s	   dP/dt	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  3.38x10-­‐18	  s/s	  Distance	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  5.5	  kpc	  Distance	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  7.9	  kpc	  Age	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  30	  Myrs	  Age	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  25	  Myrs	  Bsurf	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  2.24x109	  G	  Bsurf	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  4.34x109	  G	  dE/dt	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  2.2x1036	  	  erg/s	   dE/dt	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  8.3x1035	  	  erg/s	  B1821-­‐24@M28	  J1823-­‐3021A@NGC	  6624	  PSR	  J1823-­‐3021A	  @	  NGC	  6624	  A	  single	  PSR	  dominates	  the	  total	  gamma-­‐ray	  emission	  of	  the	  GC.	  

Pulse-­‐on	  Freire	  et	  al.	  (2011)	  Pulse-­‐oﬀ	  γ-­‐ray	  PulsaPon	  from	  M28A	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Pulse	  on	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Pulse	  oﬀ	  Wu	  et	  al.	  (2013)	  1. Revolu)on	  of	  Pulsar	  Astronomy	  by	  Fermi	  2. Challenges	  and	  ExpectaPons	  for	  CTA	  Pulsars	  at	  VHE	  Regime	  Crab	  Aliu	  et	  al.	  (2011)	  Pulsars	  at	  VHE	  Regime	  Crab	  Aleksic	  et	  al.	  (2012)	  Pulsars	  at	  VHE	  Regime	  Vela	  Leung	  et	  al.	  (2014)	  Pulsars	  at	  VHE	  Regime	  • Geminga	  –	  the	  1st	  CTA	  pulsar??	  

Aliu	  et	  al.	  (2015)	  Pulsars	  at	  VHE	  Regime	  • How	  does	  the	  gamma-­‐ray	  spectra	  look	  like	  from	  MeV	  to	  TeV?	  
• Is	  there	  any	  diﬀerence	  between	  radio-­‐loud	  and	  radio-­‐quiet	  popula)ons?	  
• Compiling	  an	  updated	  catalog	  for	  Fermi	  pulsars	  with	  energies	  >	  50	  GeV	  can	  provide	  a	  good	  cadidate	  list	  for	  CTA	  MSPs	  in	  VHE	  Regime	  Richards	  et	  al.	  (2015)	  MSPs	  in	  VHE	  Regime	  The	  propor)on	  of	  MSP	  at	  high	  gamma-­‐ray	  conversion	  eﬃciency	  is	  larger.	  

Abdo	  et	  al.	  (2013)	  GC	  in	  VHE	  Regime	  Extended	  VHE	  emission	  coincides	  with	  Terzan	  5	  	  Abramowski	  et	  al.	  (2011)	  GC	  in	  VHE	  Regime	  Dependence	  of	  VHE	  spectrum	  on	  sok	  photon	  ﬁelds	  Terzan	  55	  (Cheng	  et	  al.	  2010;	  Hui	  et	  al.	  2011)	  GC	  in	  VHE	  Regime	  Dependence	  of	  VHE	  spectrum	  on	  cluster	  proper)es	  (B-­‐ﬁeld,	  max	  injected	  energy…etc)	  Bednarek	  et	  al.	  (2016)	  Things	  we	  can	  do	  in	  Pre-­‐CTA	  era	  • Compiling	  a	  list	  of	  known	  pulsars	  >	  50	  GeV	  • Compiling	  a	  candidate	  list	  of	  VHE	  MSPs	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  (>	  50	  GeV;	  modulated	  in	  GeV	  regime)	  • Feasibility	  studies	  of	  GCs	  based	  on	  the	  known	  emission	  models