脉冲星磁辐射制动力矩对具有磁辐射的两成分模型自旋的长期减速

利用分析法研究了具有磁辐射的两成分模型(壳层和中子超流体)的脉冲星在可变的磁辐射制动力矩的作用下,两成分自旋角速度随时间的长期变化。给出了具有磁辐射两成分模型的耦合方程组的分析解。理论结果给出两成分模型在外力可变的磁辐射制动力矩的作用下,自旋角速度随时间长期减慢。利用所得的分析解对具有磁辐射的两成分模型蟹状星云脉冲星(PSR0531+21)(Crab)在磁辐射力矩可变的情况下做了数值计算。并讨论了所得的理论和数值结果。结果表明,蟹状星云脉冲星(PSR0531+21)在磁辐射制动力矩的作用下,壳层自旋角速度随时间的长期减速每年为-0.245 s。     

环加速间隙下的脉冲星星风制动模型

为了解释间歇脉冲星PSR B1931+24在射电噪比射电宁静状态下更大的自转减慢率和模拟蟹状星云脉冲星的自转演化,建立同时考虑了具有不同加速电势的核区和环区的环加速间隙下的星风制动模型.其中对于PSR B1931+24通过计算得到它的磁场强度和磁倾角,并且预言了其理论制动指数.对于蟹状星云脉冲星,通过计算得到它的磁场强度和磁倾角,还计算得到其制动指数随周期的演化和它在周期-周期导数图上的自转演化.相比于真空加速间隙、外加速间隙等,环加速间隙也同样能够适用于星风制动模型.     

关于中子星辐射部位的一些探讨

本文试图讨论脉冲星辐射源的形成,指出光速圆柱附近,通过“磁湮没”产生高能粒子束,从而可形成脉冲辐射。本文指出: (1)光速圆柱附近非共转层中由于较差自转磁能会迅速积聚,积聚的功率和积聚区的尺度符合观测的要求;(2)上述磁能可通过“磁湮没”进行释放,“磁湮没”中产生的高能粒子束的速率及尺度符合观测对射束的要求;(3)辐射区粒子数密度可以远大于G-J模型中的值,与文[2]由观测对PSR0531+21的辐射区提出的要求一致;(4)γ射线与射电脉冲周期可有所不同。     

毫秒脉冲星

毫秒脉冲星PSR1937 214的发现是近几年天体物理学中的一次重要事件。本文介绍了该星的发现史和主要观测事实。该星自转周期为1.557806449023毫秒,是转动最快的脉冲星。周期变率为1.24×10~(-19)秒/秒。在它的周围没有明亮的超新星遗迹。这颗脉冲星的引人注目的特征是磁场低和在P—P图上位置独特。文中还评述了解释这颗脉冲星的四种模型;(1)起源于吸积X射线双星的中子星,通过从伴星吸积物质而加速到毫秒周期;(2)Michel和Dessler提出的盘模型脉冲星中的普通一员;(3)双中子星并合体;(4)辐射年龄小的脉冲星。最后一种可能性是本文作者提出的。根据具有相似特征的脉冲星倾向于分布在同一条PP~(-5)等值线及可按等值线排成演化序列的事实,作者按光速圆柱磁能衰减来定义脉冲星辐射年龄t:B/8π∝PP~(-5)=C_0exp(-2t/τ)(τ为磁能衰减时标),井据此认为PSR1937 214和蟹状星云脉冲星、船帆座脉冲星都是辐射年轻的。     

脉冲星钟模型精度分析

毫秒脉冲星具有很高的自转稳定性,利用脉冲星自转极其稳定的特性可以开展许多应用研究,如:脉冲星时间标准的建立、宇宙背景引力波的探测、X射线脉冲星导航应用等等.利用国际脉冲星计时阵(International Pulsar Timing Array,IPTA)中J0437-4715和J1713+0743 2颗源的实测数据开展脉冲星钟模型参数精度分析和脉冲到达时间(Time Of Arrival,TOA)预报精度研究.通过研究得知,目前脉冲星自转频率测量精度为10-15Hz,频率1阶导数测量精度为10~(-23)s~(-2),且自转参数测量精度随观测时间跨度每4–5 yr提高1个量级.另外,利用J0437-4715 10 yr观测数据建立的钟模型,其脉冲到达时间预报偏差4.8 yr之内可保持在1μs之内.因此,利用该脉冲星建立时间标准用于校准原子时,可以使原子时相对于地球时(Terrestrial Time,TT)的偏差在4.8 yr之内小于1μs.     

毫秒脉冲星计时观测进展

在评述国际上毫秒脉冲星长期计时观测成果的基础上，比较了由毫秒脉冲星自转定义的脉冲星时PT与原子时AT的长期稳定度。毫秒脉冲星PSR B1855 09 15yr的长期稳定度优于原子时TAI—USNO，而接近原子时TAI—PTB；其短期稳定度主要受到计时观测误差的限制。毫秒脉冲星PSR J0437-47 1yr以上的稳定度明显优于上述两原子时系统。毫秒脉冲星PSR B193T 21和PSR J1713 07的长期稳定度受到低频噪声影响，但仍能对综合脉冲星时PTens的建立与保持作出贡献。另外，介绍和评述了国际上脉冲星计时阵的现状及发展。随着脉冲星计时阵的实旅，在脉冲星时间标准研究、原子时误差、太阳系历表误差研究和引力波探测方面将会取得重要成果；展望了国际上平方公里望远镜(SKA)在毫秒脉冲星计时观测方面的发展前景。     

反常X射线脉冲星的研究进展

反常X射线脉冲星（Anomalous X-ra Pulsars，简称AXP）是一类特殊的X射线源。与X射线脉冲星（通常处于大质量X射线双星系统中）相比，它们具有以下特征：X射线谱较软、光度低页稳定（≈10^27－10^29J.s^-1）、自转周期集中在10s左右稳定增长、迄今没有找到它们的光学、红外、射电的对应体、有一些可能戌超新星遗迹成协等。由观测到的自转周期变化可以确定它们的自转能损不足以提供有X射线辐射。解释AXP能源机制的理论模型目前主要有两大类：在吸积模型中，AXP被认为具有正常磁场强度（≈10^8T）的中子量，物质吸积提供X射线辐射原能源，并造成中子星的自转变化；另一种观点认为AXP是具有超强磁场（≈10^10-10^11T）的中子量（即磁星），其辐射能源来自它们巨大的磁或残余的热能，观测到的自转周期及其变化被归因子中子星的磁偶极辐射和物质抛射。两种模型各有优缺点，但目前看来观测事实对磁星模型较为有利。为了进一步明确AXP的性质，提供解释它们能源机制的线索，在介绍AXP的基本观测特征和理论解释的基础上，还将AXP与射电脉冲星、特强磁场射电脉冲量、射电宁静脉冲星侯选体及软γ射线复现源分别进行了比较。     

几何因素对脉冲星自转参数的影响

脉冲星自转参数是脉冲星最重要的参数之一,能反映脉冲星本身的物理性质.根据计时观测所得的自转参数除了包含脉冲星本身固有的部分,还受到几何因素的影响,例如地球自转参数、岁差章动模型、行星历表误差、脉冲星相对于太阳系质心(solar system barycenter,SSB)的速度和加速度.通过分析脉冲星计时观测模型,从而推导出这些因素与脉冲星自转参数的关系,进一步估计了这些因素对自转参数影响的量级大小.在现有的观测精度下,地球自转参数和岁差章动模型的误差对计时观测的影响可忽略,可以认为脉冲星自转参数不受其影响.行星历表误差对自转参数的影响远小于自转参数本身,同样可以忽略.脉冲星相对于太阳系质心的视向速度影响到脉冲星周期,该影响比脉冲星本身周期约小4个量级.值得注意的是,脉冲星横向速度和脉冲星相对于太阳系质心的视向加速度对周期变率的影响不可忽略,特别是对于周期变率较小的毫秒脉冲星来说,这两个因素的影响可能是脉冲星视周期变率中的主要成分.     

作为X射线脉冲星的磁星

研究表明 ,与磁星模型相比较 ,反常X射线脉冲星的加速模型不能说明所观测到的自转周期的分布。为了解释熟知的最慢X射线脉冲星 2S 0 114+6 5 0的性质 ,其磁场强度必须大于 10 14 Gs ,即它诞生时即为一磁体。     

探究双脉冲星候选体PSR J1906+0746的物理性质

PSR J1906+0746是2006年发现的一颗自旋周期为144 ms的射电脉冲星,由于探测到的是第2颗形成的非自转加速伴星,主星和伴星组成的系统极有可能成为另一对双脉冲星.从PSR J1906+0746的基本物理量出发,针对性地对比研究双中子星和脉冲双星(包括中子星-白矮星)的磁场-周期关系,大致得出他们的演化路径;其次通过双中子星的形成机制以及双星形成过程中的物质损失,假定非自转加速的伴星形成于电子俘获,得出伴星前身星的质量约为1.57 M⊙,在形成双中子星系统过程中损失了约0.23 M⊙.这可能是由于电子俘获能量较低,不能抗衡伴星的引力束缚能,最终抛出物质没有逃逸,形成了一个椭圆环,成功解释了在X射线波段观测到的围绕着PSR J1906+0746的环结构.     

Crab脉冲星巨脉冲辐射等待时间分布的非稳态泊松模拟

利用中国科学院新疆天文台南山观测站26m射电望远镜, 在中心频率1556MHz, 对Crab脉冲星(PSR B0531+21)进行了长达12.6h的连续观测, 观测带宽为512MHz, 时间分辨率为32μs, 研究了巨脉冲辐射的等待时间分布特征. 观测共探测到2097个信噪比大于10的巨脉冲, 对应的流量密度大于100Jy. 巨脉冲的爆发率表现为高度的间歇性, 在较短的时间内具有较高的爆发率, 在相对长的宁静期内巨脉冲的爆发率较低, 尤其是中间脉冲相位内的巨脉冲爆发. 相邻两个巨脉冲的等待时间分布表现为幂律分布特征, 可以用一个非稳态的泊松过程进行模拟, 这表明巨脉冲的爆发是一种独立的随机事件. 此外, 主脉冲和中间脉冲相位上的巨脉冲具有不同的等待时间分布特征, 这意味着脉冲星不同磁极的巨脉冲辐射机制可能是不同的. 这些观测结果对于理解脉冲星的射电辐射机制具有重要意义.     

脉冲星磁场的演化

综述了前人对于单个脉冲星磁场的起源和演化的研究结果及其最新进展。脉冲星磁场的起源有多种模型，其所对应的初始磁场有两种位形：磁场束缚在核内和磁场束缚在壳层中。脉冲星的磁场如何演化，没有一致的结论。有各种观测证据可能直接或间接表明磁场的演化行为，如根据特征年龄和运动学年龄的差异可以推断出脉冲星磁场按指数规律衰减，而根据特征年龄与超新星遗迹年龄的差异或几颗年轻脉冲星的制动指数可以认为年轻脉冲星的磁场可能是增强的。脉冲星的样本合成研究（数值模拟）是研究脉冲星磁场演化的重要方法。模拟结果表明，假定脉冲星磁场按指数衰减，特征衰减时标必须为10^7yr或更长。而壳层中磁场的欧姆耗散模型数值计算显示脉冲星磁场演化行为因冷却模型和状态方程的取法不同而异，但最终无明显的衰减。由自转变慢诱导的脉冲星核内部磁场向壳层中扩散模型的计算表明脉冲星磁场的衰减只发生在10^7-10^8yr这段时间内，磁场衰减1－2个量级。     

脉冲星时间尺度及其TOA预报初步分析

在简述国际天文学会(IAU)定义的几种不同时间尺度的基础上,重点讨论脉冲星计时观测中时间坐标相对论转换问题。脉冲星计时观测资料分析应该参考地球时TT,并将TT转换为质心坐标时TCB或质心力学时TDB。基于IAU重新定义的TDB,讨论和比较了时间坐标转换的解析算法和利用太阳系天体历表的数值积分算法。分析了TCB和TDB对脉冲星自转参数测量的影响。最后,以毫秒脉冲星PSR B1855+09的计时模型为例,初步分析了脉冲星脉冲到达时间的预报问题。     

基于双谱滤波的综合脉冲星时算法研究

毫秒脉冲星的自转频率非常稳定,提供了一种独立的基于遥远自然天体并能持续数百万乃至数十亿年的时间基准,具有稳定性强、运行时间长、服务范围广等特点.为了减弱毫秒脉冲星计时观测中各种高斯噪声对脉冲星时的影响,研究了一种基于双谱滤波的综合脉冲星时构建算法,处理分析了国际脉冲星计时阵(International Pul-sar Timing Array,IPTA)最新发布的4颗毫秒脉冲星(PSR J0437-4715、J0613-0200、J1713+0747和J1909-3744)的观测数据,分析了不同时间尺度综合脉冲星时的稳定性,并与构成国际原子时(International Atomic Time,TAI)的4家授时单位原子钟稳定性进行了比较.结果表明:双谱滤波算法能够较好地抑制观测噪声,提高综合脉冲星时的稳定性.相比于经典加权算法,综合脉冲星时1 yr、10 yr稳定度从7.77×10^-14、8.56×10^-16分别提高到1.50×10^-14、3.50×10^-16,单脉冲星时稳定性的提升也类似.同时发现,综合脉冲星时稳定性在5 yr及以上时间尺度上优于原子钟稳定性,可用于改善当前原子时的长期稳定性.     

脉冲星减速研究与电磁和引力波辐射

脉冲星具有极强的磁场,由于其磁轴与自转轴并不完全重合,这使脉冲星存在电磁辐射.脉冲星靠消耗自转能来弥补辐射出去的能量,从而导致自旋速度的逐渐放慢.根据理论推导,对蟹状星云脉冲星(Crab)的初始周期进行预测,并推导出在未来任意时刻,在电磁辐射的影响下,其脉冲星自旋周期的演化规律.由于脉冲星的质量分布可能存在四极矩,引力波辐射也会使得脉冲星的旋转速度减小,因此进一步分析Crab脉冲星在引力波影响下自旋周期的变化.最后将两种辐射机制模型结合,对脉冲星在两种辐射机制共同作用下自旋周期的演化进行分析.     

四种综合脉冲星时算法比较

由单颗脉冲星定义的脉冲星时受多种噪声源的影响,其短期和长期稳定度都不够好.为了削弱这些噪声源对单脉冲星时的影响,可以采取合适的算法对多个单脉冲星时进行综合得到综合脉冲星时,从而提高综合脉冲星时的长期稳定度.文中介绍4种综合脉冲星时算法:经典加权算法、小波分析算法、维纳滤波算法和小波域中的维纳滤波算法,将这4种算法分别应用于Arecibo天文台对两颗毫秒脉冲星PSR B1855+09和PSRB1937+21观测得到的计时残差并作出比较.     

正常脉冲星计时噪声的研究进展

脉冲星自转的稳定性是其最显著的特征之一,利用这种特征可以提供脉冲星自身自转减慢的精确信息,研究强引力场中的广义相对论效应,检验引力波,探测太阳系外行星,以及提供计时标准。然而,在脉冲星自转的长期观测中,两种有趣的不规则性被观测到,这其中把广泛存在于脉冲星中且最为普遍的现象称为"计时噪声",多表现为相当连续且不稳定的行为,并且多由低频结构组成。对于具有较大周期导数的脉冲星而言,通常会具有更加明显的计时噪声。全面地研究计时噪声有助于深入了解中子星的内部结构。在回顾分析脉冲星自转减慢模型的基础上,对近年来脉冲星计时噪声的观测进展进行了概述。针对现有的观测数据,讨论了目前关于计时噪声分类以及观测制动指数中存在的问题。另外,介绍和评述了脉冲星计时噪声的相关理论模型。最后,展望了未来观测方面的发展方向和前景。     

脉冲星射电辐射束半径与周期关系的研究

脉冲星的周期非常稳定.前人通过研究发现脉冲星射电辐射束半径大小应该正比于周期的-1/3或-1/2次方.通过整理收集了87颗信噪比很好的、偏振位置角明显为"S"曲线的脉冲星数据,用脉冲星辐射束几何模型计算得到了每颗脉冲星的辐射束半径及误差.发现脉冲星周期小于0.85 s时,辐射束半径正比于周期的-1/2次方.周期大于0.85 s时,辐射束半径与周期之间并没有明显的幂律关系,但这可能与选择效应有关.当假设脉冲星的磁倾角为90?时,计算得到的辐射束半径随周期分布的下边界正比于周期的-1/2次方,与前人的结论一致.     

毫秒脉冲星PSR J1022+1001轮廓稳定性的研究

脉冲星具有非常稳定的累积脉冲轮廓,特别是毫秒脉冲星.前人研究发现一些脉冲星的累积脉冲轮廓会呈现出不稳定性.研究了毫秒脉冲星PSR J1022+1001累积脉冲轮廓的稳定性问题,该脉冲轮廓有两个峰,发现其峰值比随时间有明显的变化.通过分析,认为该毫秒脉冲星累积脉冲轮廓的不稳定性主要是由于脉冲轮廓随观测频率变化,同时星际闪烁造成不同频率上流量密度变化.研究还发现,也有少部分累积脉冲轮廓的变化可能是脉冲星内禀或其他因素所引起的.     

脉冲星PSR 1951 32的γ辐射

对欧洲γ天文卫星COS-B数据的分析表明,从PSR 1951 32方向来的30—5000MeVγ光子到达时间具有显著的周期位相结构。我们用相关分析方法研究了该脉冲星附近天区γ光子强度的空间分布,求出100MeV和300MeV能量处脉冲星γ射线的积分流强:F(E>100MeV)=4.1×10~(-7)ph·cm~( 2)·s~(-1),F(E>300MeV)=8×10~(-8)·ph·cm~(-2)·s~(-1)。PSR1951 32方向的γ光子大部分为周期性成分,并且集中在一个相当窄的相位区域内。