We analyze new XMM-Newton and archival Chandra observations of the middle-aged γ-ray radio-quiet pulsar J1957+5033. We detect, for the first time, X-ray pulsations with the pulsar spin period of the point-like source coinciding by position with the pulsar. This confirms the pulsar nature of the source. In the 0.15–0.5 keV band, there is a single pulse per period and the pulsed fraction is ≈ 18 ± 6 per cent. In this band, the pulsar spectrum is dominated by a thermal emission component that likely comes from the entire surface of the neutron star, while at higher energies (& 0.7 keV) it is described by a power law with the photon index Γ ≈ 1.6. We construct new hydrogen atmosphere models for neutron stars with dipole magnetic fields and non-uniform surface temperature distributions with relatively low effective temperatures. We use them in the spectral analysis and derive the pulsar average effective temperature of ≈ (2 − 3) × 105 K. This makes J1957+5033 the coldest among all known thermally emitting neutron stars with ages below 1 Myr. Using the interstellar extinction–distance relation, we constrain the distance to the pulsar in the range of 0.1–1 kpc. We compare the obtained X-ray thermal luminosity with those for other neutron stars and various neutron star cooling models and set some constraints on latter. We observe a faint trail-like feature, elongated ∼ 8 arcmin from J1957+5033. Its spectrum can be described by a power law with a photon index Γ = 1.9 ± 0.5 suggesting that it is likely a pulsar wind nebula powered by J1957+5033.

中文翻译：

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X射线中的中年γ射线脉冲星J1957+5033：脉动、热发射和星云

我们分析了中年 γ 射线射电静音脉冲星 J1957+5033 的新 XMM-牛顿和档案钱德拉观测。我们首次探测到点状源的脉冲星自旋周期与脉冲星的位置重合的 X 射线脉动。这证实了源的脉冲星性质。在 0.15–0.5 keV 波段，每个周期有一个脉冲，脉冲分数约为 18 ± 6%。在该波段中，脉冲星光谱由可能来自中子星整个表面的热发射分量主导，而在较高能量 (& 0.7 keV) 下，它由光子指数 Γ ≈ 1.6 的幂律描述。我们为具有偶极磁场和非均匀表面温度分布且有效温度相对较低的中子星构建了新的氢大气模型。我们在光谱分析中使用它们并推导出 ≈ (2 − 3) × 105 K 的脉冲星平均有效温度。这使得 J1957+5033 成为所有已知年龄低于 1 Myr 的热发射中子星中最冷的。使用星际消光-距离关系，我们将到脉冲星的距离限制在 0.1-1 kpc 的范围内。我们将获得的 X 射线热光度与其他中子星和各种中子星冷却模型的 X 射线热光度进行了比较，并对后者设置了一些限制。我们观察到一个微弱的轨迹状特征，从 J1957+5033 拉长约 8 弧分。它的光谱可以用光子指数 Γ = 1.9 ± 0.5 的幂律描述，表明它很可能是一个由 J1957+5033 驱动的脉冲星风星云。这使得 J1957+5033 成为所有已知年龄低于 1 Myr 的热辐射中子星中最冷的。使用星际消光-距离关系，我们将到脉冲星的距离限制在 0.1-1 kpc 的范围内。我们将获得的 X 射线热光度与其他中子星和各种中子星冷却模型的 X 射线热光度进行了比较，并对后者设置了一些限制。我们观察到一个微弱的轨迹状特征，从 J1957+5033 拉长约 8 弧分。它的光谱可以用光子指数 Γ = 1.9 ± 0.5 的幂律描述，表明它很可能是一个由 J1957+5033 驱动的脉冲星风星云。这使得 J1957+5033 成为所有已知年龄低于 1 Myr 的热辐射中子星中最冷的。使用星际消光-距离关系，我们将到脉冲星的距离限制在 0.1-1 kpc 的范围内。我们将获得的 X 射线热光度与其他中子星和各种中子星冷却模型的 X 射线热光度进行了比较，并对后者设置了一些限制。我们观察到一个微弱的轨迹状特征，从 J1957+5033 拉长约 8 弧分。它的光谱可以用光子指数 Γ = 1.9 ± 0.5 的幂律描述，表明它很可能是一个由 J1957+5033 驱动的脉冲星风星云。我们将获得的 X 射线热光度与其他中子星和各种中子星冷却模型的 X 射线热光度进行了比较，并对后者设置了一些限制。我们观察到一个微弱的轨迹状特征，从 J1957+5033 拉长约 8 弧分。它的光谱可以用光子指数 Γ = 1.9 ± 0.5 的幂律描述，表明它很可能是一个由 J1957+5033 驱动的脉冲星风星云。我们将获得的 X 射线热光度与其他中子星和各种中子星冷却模型的 X 射线热光度进行了比较，并对后者设置了一些限制。我们观察到一个微弱的轨迹状特征，从 J1957+5033 拉长约 8 弧分。它的光谱可以用光子指数 Γ = 1.9 ± 0.5 的幂律描述，表明它很可能是一个由 J1957+5033 驱动的脉冲星风星云。