中子星吸积加速与引力辐射影响

研究了中子星双星系统吸积过程中的中子星自旋加速,得到其周期随着吸积质量的变化关系,并且通过对中子星磁场与周期演化分析,对比脉冲星的观测,获得了理论与观测类似的结果,在此基础上,研究了引力辐射作用对中子星自旋加速过程的影响,并且推导了吸积过程中中子星自旋周期变化率,探讨了吸积与引力辐射影响相当的临界角速度Ω_(cr),评估了中子星的自旋在引力辐射下的影响.     

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。     

脉冲星观测研究的某些进展

近年来,对日益增加的脉冲星观测资料的分析和对毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测,对脉冲星的形成、演化和辐射机制等提出了越来越多的新问题。本文对这些新问题的观测依据进行了介绍。主要涉及下述几方面的问题:是否存在着在结构、形成和演化上均不相同的两类脉冲星?脉冲星是否有两种或两种以上的辐射机制在同时起作用?脉冲星射电辐射中的两种相互垂直的偏振模式,以及近年来在毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测中所发现的新现象等。     

国家授时中心40米射电望远镜Crab脉冲星周期跃变监测

脉冲星周期跃变是一种罕见的现象,是研究其内部结构的探针。针对2019年2月~12月国家授时中心昊平观测站40 m射电望远镜在脉冲星计时观测中监测Crab脉冲星的数据,采用脉冲星计时方法,用TEMPO2拟合程序进行分析。结果表明,Crab脉冲星在2019年7月23日(MJD 58687)附近发生了一次周期跃变现象,该跃变自转增量为Δv_g=5.33(4)×10^-7Hz,自转变化量为Δv_g/v=17.9(1)×10^-9,并伴随着恢复系数Q~0.88的指数恢复过程。此次Crab脉冲星周期跃变的监测及处理,证实了40 m射电望远镜对脉冲星的监测性能,同时为研究周期跃变的产生机理积累了样本。     

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.     

引力波引起的脉冲星计时残差模拟与分析

为了能将引力波引起的脉冲星计时残差从总的脉冲星计时残差中分离出来,我们介绍了3种形式的引力波(单一持续的引力波、单一瞬时的引力波和随机引力波背景)及其对脉冲星计时残差的影响,并利用脉冲星计时处理软件Tempo2进行了模拟,对模拟得到的这三种引力波源引起的脉冲星计时残差进行了分析比较。该工作在脉冲星时间尺度的建立及其应用方面具有参考意义。     

Crab脉脉冲星巨脉冲研究进展

巨脉冲是一种持续时间很短的射电爆发现象,它们的流量密度往往比平均脉冲大几十倍、百倍,甚至千倍以上,成为脉冲星射电辐射中最显著、最突出的现象。Crab脉冲星自发现以来一直受到广泛关注,它是极少数能够发射巨脉冲的脉冲星之一。射电巨脉冲轮廓形状、微细结构、能量分布的充分研究,对揭示脉冲星辐射机制和具体辐射过程有重要意义。     

Crab脉冲星X射线计时观测数据处理与分析

对我国公开发布的空间试验卫星X射线探测器观测Crab脉冲星的数据进行了处理与分析,描述了利用X射线脉冲星观测数据与卫星轨道数据建立积分脉冲轮廓与标准脉冲轮廓的方法,给出了在频域测量脉冲星脉冲到达时刻(toa)的原理方法与算法.利用每组观测数据,计算得到Crab脉冲星脉冲toa,通过与Crab脉冲星星历预报脉冲toa的比较,分析得到卫星载荷X射线探测器观测Crab脉冲星,在消除掉系统误差后,50 min积分时间的观测精度约14μs.     

双黑洞系统的不同起源及其参数分布

双黑洞组成的近密双星系统并合是激光干涉仪引力波天文台等地基引力波探测器的主要探测对象。随着探测器灵敏度的提高,大量该类信号的探测将成为进一步研究黑洞物理的有效工具。但是目前对双黑洞系统的起源机制和内禀参数分布等物理问题的研究还不够深入,例如由引力波探测得到的黑洞质量分布与X射线双星观测的结果存在较大差异,还未有很好的理论模型可解释该结果。目前普遍认为双黑洞系统主要有两种起源:大质量双星演化机制和动力学起源机制。基于这两类起源的双黑洞系统在质量、自旋分布等方面存在差异。因此可在贝叶斯理论框架下,利用引力波信号携带的波源质量和自旋等信息,推断波源起源,计算不同起源的双黑洞系统所占比例,以及检验质量自旋等参数分布的差异。     

年轻脉冲星周期-磁场分类及演化

年轻脉冲星多处于超新星遗迹(Supernova Remnant, SNR)中, 其分为转动供能脉冲星(Rotation-powered SNR-PSR)、磁星(Magnetar)和中心致密天体(Central Compact Object, CCO), 这3类年轻脉冲星有着不同的自旋周期及磁场强度分布. % 其中, 遗迹磁星(SNR-Magnetar)的平均自旋周期比转动供能遗迹脉冲星大近一个量级, 平均磁场强度高近两个量级. % 同时, 中心致密天体比转动供能遗迹脉冲星的平均磁场强度低近两个量级. % 这3类年轻脉冲星不同的物理性质, 可能源于其不同的前身星或不同的超新星爆发过程, 也可能源于其中子星诞生后的不同演化过程. % 此外, 转动供能遗迹脉冲星比年轻的转动供能非遗迹脉冲星具有更快的平均自旋周期、更大的平均磁场强度和更短的平均特征年龄. % 这暗示新诞生的中子星经时间约为$10^5$--$10^6$yr的演化过程, 其自旋速度将减小近一半, 同时其磁场强度也将衰减近一半.     

引力波数据分析

以引力波探测为基础的引力波天文学是一门正在崛起的新兴交叉学科,它是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后,人类观测宇宙的一个新窗口,对研究宇宙的起源和演化,拓展天文学的研究领域都有极其重要的意义。激光干涉引力波探测器的出现,更开辟了引力波探测的新纪元。引力波数据处理与分析已在世界各地迅速发展起来,为引力波天文学的研究提供了锐利的武器。系统地介绍了引力波数据分析中常用的工具软件,详细讨论了时间-频率分析、复合分析法、脉冲星计时分析法、匹配过滤器、模板、χ~2检验、蒙特卡罗模拟等引力波数据分析中使用的基本方法。     

低能损率射电脉冲星辐射研究

脉冲星辐射理论认为,当中子星旋转磁场产生的感应电场及电压降低,以致不能产生足够多的正负电子对时,其射电辐射将消失,即"死亡".统计分析了34颗"死亡线"以下源,即低能损率射电脉冲星的空间分布及自转周期等物理性质.首先,这类脉冲星都是场星,与特殊种类脉冲星和高能辐射脉冲星没有明显的相关性;其次,这类脉冲星大多分布在低银纬和距离太阳系较近的区域;再次,这类脉冲星具有较大的特征年龄和较长的自旋周期;最后,这类脉冲星1400 MHz射电光度L1400和自转能损率˙E弱相关.低能损率射电脉冲星可能是由于星体通过辐射损失能量,导致自转减慢,自转能损率降低至"死亡线"以下.建议对于低能损率射电脉冲星的搜寻,应针对银河系场中年老的、长周期的射电源,而无需针对特殊种类的脉冲星,也无需针对特殊的空间位置.目前我国正在运行的500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)具有较高的灵敏度,有望观测到更多低能损率射电脉冲星.     

从光速圆柱磁能的衰减研究毫秒脉冲双星的演化

本文用脉冲星光速圆柱附近磁能的衰减理论研究了毫秒脉冲星的演化。文中从理论上给出了脉冲星到达辐射截止线时的年龄和自转周期,及现在的辐射年龄和从现在辐射年龄到达辐射截止线所需的时间。并用此理论对7颗脉冲双星的演化作了数值计算。     

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.     

脉冲星的一种分类方法及辐射部位的统计研究

本文对83颗脉冲星进行了分类统计研究。主要结果如下: 1.采用转动能损失率与射电光度的比值作为分类参数可以较好地反映不同类型脉冲星的物理特性和演化方式。 2.由于各类脉冲星的射电光度和光速圆柱附近的磁能之间都有着相关系数较高的回归关系,而射电光度和表面磁能之间却不相关,由此推论脉冲星辐射部位很可能在光速圆柱附近。 3.在周期变率户和周期P的关系图上,光速圆柱附近的“缠绕”磁能PP-4的某一临界值可作为射电辐射的截止线,它比Lyne等提出的光速圆柱处的磁能户PP~(-5)作为射电辐射截止线更接近观测事实。     

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.     

恒星级双黑洞自旋研究进展

自2015年以来,人们已经探测到93例恒星级双黑洞并合引力波事件,测量了双黑洞质量、自旋和距离等参数,并获得了其统计分布。不同双黑洞起源机制产生的双黑洞性质分布,特别是自旋分布,会显著不同,其可用来限制双黑洞起源。简单回顾了双星演化和动力学相互作用等双黑洞形成机制及自旋来源;综述了利用自旋限制双黑洞起源的一般方法和常见模型,以及利用LIGO/Virgo引力波数据取得的相关进展,并对未来发展前景进行了展望。     

脉冲星参数空间分布和演化统计研究

脉冲星参数统计是脉冲星研究的重要基础性工作。利用最新整理的脉冲星观测数据,对2 500多颗脉冲星参数的空间分布和演化进行了统计研究。结果显示,在空间上脉冲星集中在银道面附近,脉冲星数目分布的极大值位于距离银心约7.27 kpc处,这可能是星际色散和散射造成的观测效应。另外给出了自转周期、表面磁场、特征年龄和自转能损失率随着远离银道面的变化规律。随着远离银道面,常规脉冲星的自转周期和特征年龄不断增大,表面磁场和自转能损失率不断减小。常规脉冲星的射电光度随特征年龄的增大,先增大后减小,这表明射电辐射机制在不同年龄段有所不同。常规脉冲星自转能损失率随特征年龄的增大呈对数快速下降。这些结果是脉冲星分布演化理论研究的重要基础。     

脉冲星磁衰减制动力矩对两成分模型自旋的长期减速(理论研究)

主要研究磁衰减对具有两成分模型的脉冲星自转减速的作用。利用分析方法研究了两成分模型的脉冲星在磁衰减制动力矩作用下,两成分的自转角速度对具有两成分的蟹状星云脉冲星(PSR0531+21, Crab)和船帆座脉冲星(PSR0833-45, Vela)在磁衰减作用下的数值计算。结果表明:两个脉冲星的自转角速度逐年减慢,脉冲星PSR0531+21每年减速-0.171 0 rad/s,而脉冲星PSR0833-45每年减速-0.007 1 rad/s。最后讨论了文中得到的结果并给出在两成分模型中存在磁衰减的结论。     

脉冲星观测中的日月岁差效应

脉冲星周期和周期变率的测量中存在着日月岁差效应.通过对日月岁差效应的分析,发现它已经影响到了某些脉冲星的周期的精密测量.在对1771颗脉冲星测量周期的分析和检测中,有81颗脉冲星的测量周期在它们的测量精度范围内受到日月岁差效应的影响.随着观测精度的提高,在以后的脉冲星周期和周期变率的精密测量中,这些影响应该得到相应的改正.