射电脉冲星辐射变化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王双强
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| 答辩日期 | 2021-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王娜 ; 王晶波 |
| 关键词 | 中子星 射电脉冲星 间歇脉冲星 毫秒脉冲星 |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Emission variation study of radio pulsars |
| 英文摘要 | 射电脉冲星通常表现出多样的辐射变化，例如模式变换，消零和周期性辐射调制等现象。间歇脉冲星是一种特殊的脉冲星消零现象，其辐射消失的时标从几天到几个月，甚至几年，观测特性表现为``on''态的能损率大于``off''态。它们的发现使我们能够首次计算脉冲星磁层中的粒子密度，这对脉冲星辐射物理研究至关重要。我们使用澳大利亚Parkes射电望远镜对两颗间歇脉冲星 (PSR J1832+0029和J1841-0500) 长时间监测，并进行后续研究。PSR J1832+0029和J1841-0500是两颗长时标的间歇脉冲星，其on-off循环时标在年量级。对于PSR J1832+0029，我们在``off''态探测到了一次辐射，这表明间歇脉冲星可能存在短时标的on-off转换。对于PSR J1841-0500，我们长时间跨度的观测表明其on-off循环并不是准周期性，这与所发现的第一颗间歇脉冲星不同。通过单脉冲分析，我们发现该脉冲星在``on''态的辐射呈现出周期性的振幅调制，这是第一颗表现出振幅调制的间歇脉冲星。双中子星系统可以用于约束爱因斯坦的引力理论。PSR B1534+12 在0.7%的精度上证明了爱因斯坦引力理论的正确。通过分析FAST的观测数据，我们发现 PSR B1534+12表现出两种不同的辐射态：弱态和爆发态。弱态辐射一直存在，其脉冲轮廓较宽，能量满足高斯或者对数正态分布；爆发态脉冲轮廓较窄，能量较强，其中最亮脉冲的峰值强度比平均脉冲高334倍，其脉冲能量满足幂律分布。此外，弱态与爆发态的平均脉冲轮廓表现出不同的偏振性质。我们的结果表明PSR B1534+12的两种辐射态产生于脉冲星磁层的不同位置。我们进一步探究爆发态脉冲对计时的影响，发现仅选择爆发态脉冲虽然可以显著降低到达时间不确定度，但是与所有脉冲相比并没有提高计时精度。我们把原因归结于爆发态脉冲的jitter噪声较大，并对jitter进行量化。毫秒脉冲星是不同于常规脉冲星的另一类脉冲星，其辐射通常比较弱。我们使用高灵敏度的FAST望远镜对一些毫秒脉冲星进行观测，以研究其辐射变化。PSR J0621+1002是一颗被长时间监测用于低频引力波探测的毫秒脉冲星。我们的单脉冲分析表明该脉冲星的辐射存在明显的周期性变化。通过波动谱分析，我们发现其第一个和第三个脉冲成分周期性振幅调制现象，而第二个成分比较稳定，其中第一个脉冲成分的振幅调制周期为3.0个脉冲周期，而第三个脉冲成分的振幅调制比较弥散，主要集中在3.0和200个脉冲周期。通过对单脉冲计时研究我们发现PSR J0621+1002的计时残差分为很明显的两部分，称为模式A和模式B，其中A为主导模式。但是这并不是传统的模式变换现象，因为模式B并不稳定。通过对模式A和模式B的单脉冲进行单独的计时研究，我们发现单独选择不同模式的单脉冲并不能提高计时精度，此外，选择高信噪比的单脉冲进行计时同样不能能提高计时精度。PSR J1720-0533是FAST-CRAFTS巡天发现的毫秒脉冲星双星，属于黑寡妇，特点是存在射电掩食。我们使用FAST望远镜对这颗脉冲星进行后续观测，研究其掩食前后辐射的变化。我们发现PSR J1720-0533的掩食前后的辐射并不对称，进入掩食过程中，脉冲星辐射表现为周期性的强度变化，调制周期约为26 s，出掩食过程中，辐射表现为突然增强，并没有探测到类似的周期性辐射变化。这也是首颗在进入掩食过程中探测到周期性辐射变化的黑寡妇，具体的物理机制仍不清楚。模式变换是指脉冲星的辐射在两个或多个稳定状态之间切换，其物理原因仍不清楚。我们使用澳大利亚Parkes望远镜的超宽带接收机 (带宽704-4032 MHz) 对七颗模式变换脉冲星进行偏振观测。通过偏振分析，我们把模式变换分为三类：(1) 不同态的线偏振位置角相同，包括PSR J0922+0638，PSR J1048-5832，PSR J1326-6700, PSR J1822-2256和PSR J1825-0935，其中PSR J0922+0638两个态的谱指数相同，其余谱指数均不同，其不同态的磁层结构保持不变，模式转换可能是磁层中粒子流的变化引起加速区辐射变化导致；(2) 不同态的线偏振位置角不同，包括PSR J0941-39，其两个态的谱指数不相同，其态转换可能是磁层结构的改变导致的；(3) 不同态的线偏振位置角不同但其中某个态一直存在，包括PSR J1938+2213，其弱辐射态一直存在，爆发态的偏振性质明显不同于弱态，两个态的谱指数同样不同，我们认为爆发态产生于磁层中不同于弱态的位置，但是磁层结构没有变化。不同模式变换的物理起源可能不同。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 158 |
| 源URL | [http://ir.xao.ac.cn/handle/45760611-7/4735]  |
| 专题 | 研究生 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王双强. 射电脉冲星辐射变化研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆天文台
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