射电脉冲星搜寻工作的进展

评述了射电脉冲星搜寻及观测研究的巨大贡献和重要意义，分析了影响脉冲星搜寻工作的几个关键因素（如灵敏度，色散，观测频率及设备等），着重介绍和分析了自发现脉冲星（特别是发现第一颗秒脉冲星）以来所进行的卓有成效的脉冲星搜寻工作（包括脉冲星的早期寻，毫秒脉冲星的初期搜寻，高银续脉冲星搜寻，定向搜寻以及进一步的广域深空搜寻等）的情况，结果，意义和进展。     

黑洞的搜寻和证认(II):脉冲星-黑洞(PSR-BH)双星系统的研究和搜寻

综述了脉冲星-黑洞（PSR－BH）系统的诞生率理论并指出近期发现该系统的可能性。通过综述和分析脉冲星-中子星（PSR－NS）系统的观测特性,特别是脉冲星精确守时性对精确确定双星轨道参量和验证引力理论的重要意义,推测了PSR－BH系统的可能性质,指出发现PSR-BH系统对黑洞的搜寻和最终证认的重要意义。最后简介目前搜寻PSR-BH系统的现状和我们搜寻短轨道周期脉冲双星的计划。     

人工智能在脉冲星候选体筛选中的应用

脉冲星搜寻是对脉冲星、引力波,以及对快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)等暂现源进行研究的基础。搜寻不仅可以扩大脉冲星样本,还可以发现极端性质的致密星。这有助于研究致密天体状态方程、星际介质、脉冲星导航、引力波探测等课题。目前,射电望远镜的单次巡天就可以产生百万数量级的脉冲星候选体。面对这些海量数据,仅仅依赖人工识别筛选,已不能满足数据的时效需求,更不能实现数据的实时处理。机器学习、计算机视觉应用等人工智能技术自诞生以来,其理论和技术已日益发展成熟,并已成功运用到脉冲星候选体筛选等射电天文研究领域。首先将介绍现有脉冲星搜寻的人工智能方法,再统计和分析已有脉冲星候选体筛选方法的性能,最后对FAST脉冲星候选体筛选工作进行展望。     

射电脉冲星的逆康普顿散射（ICS）模型和偏振观测

近来我们在射电脉冲星的逆康普顿散射模型,致密星物理以及一些相关问题上做了下列几项工作：１） 对脉冲星物理中的一系列基本理论进行了较深入的研究,包括对裸奇异星比中子星更可能是射电脉冲星之起源的观点的论证。２） 进一步发展了射电脉冲星的逆康普顿散射（ＩＣＳ） 模型并完成了一系列相关工作。３） 进行了脉冲星的偏振分析和有关观测工作,并用其结果对银河系磁场和旋臂结构进行了分析。４） 研究了黑洞脉冲星双星系统的一些特性,为黑洞的搜寻工作作了初步准备。     

旋转射电暂现源研究进展

旋转射电暂现源是McLauglin等人在2006年采用单脉冲搜寻技术,对Parkes射电望远镜多波束脉冲星巡天数据的处理过程中发现的一类特殊天体。该类天体在绝大多数时间都处于射电宁静状态,偶尔发射特征宽度为毫秒量级的脉冲信号。对其进行长期脉冲到达时间观测发现,其具有类似于脉冲星到达时间特性,但目前还不清楚该天体和脉冲星之间的具体关系。综述了近10年来射电以及其他波段的观测研究和理论模型方面的进展。在射电观测方面,主要介绍观测认证技术(包括零色散滤波、DM搜寻、阈值设定、匹配滤波和效果图检验等)、到达时间以及偏振方面的观测研究进展;在其他波段方面,主要介绍X射线、光学以及近红外波段的观测研究进展。在相关理论模型方面,主要介绍远距离的脉冲星模型,物质与脉冲星磁层相互作用模型以及脉冲星磁层辐射带模型等研究进展。最后将对射电暂现源观测研究进行总结与展望。     

利用费米卫星大面积望远镜对脉冲星的观测研究

费米γ射线空间望远镜(Fermi)自2008年8月观测任务开始以来,以其优越的观测性能开启了γ射线天文学研究的新纪元。其搭载的大面积望远镜(LAT)在脉冲星探测和研究方面取得了巨大的成功。除了探测到已知脉冲星的γ射线脉冲辐射信号外,LAT还能够利用γ射线数据的盲寻技术独立发现脉冲星,此外还提供了大量γ射线源进行射电脉冲搜寻。Fermi-LAT的观测带来了γ射线脉冲星数量的显著增长,确立了脉冲星是银河系内主要的γ射线源,并且探测到了毫秒脉冲星的γ射线辐射。一般来说,在长时标下脉冲星的γ射线辐射流量稳定且脉冲形状多呈现双峰结构,能谱可由具有指数截断的幂律谱描述。综述了利用Fermi-LAT数据寻找脉冲辐射信号的方法和研究γ射线脉冲星所得到的主要结果,并简要介绍了近年来在脉冲星研究方面取得的新成果。     

基于ROACH2的脉冲星终端研制进展

脉冲星观测研究一直是新疆天文台的主要研究方向,未来建设的新疆110 m口径全可动射电望远镜(简称QTT)也将其作为主要研究方向之一。南山25 m射电望远镜当前使用的脉冲星单脉冲观测终端AFB已使用近20年,系统老化严重,为升级现有单脉冲观测系统,也为QTT的终端设计做预研,基于ROACH2研制了一套脉冲星观测系统。该系统采用氢钟与GPS时间同步以提供秒起始信号,对采样时钟计数并打入数据帧以获取精准时间间隔,两者合成即可获得精确时间信息;采用共享内存缓冲区,使数据在多进程间共享实现并行实时处理。该系统可用于脉冲星单脉冲或到达时间观测,也可用于脉冲星、RRAT或FRB等搜寻。已在南山进行单脉冲、长时间折叠、FRB实时搜寻等观测试验,试验数据表明该终端准确、稳定、可靠,已达到投入观测使用的要求。     

脉冲星巡天观测进展和近邻脉冲冲星样本估算

射电脉冲星巡天是探测获取更多脉冲星的重要途径。首先介绍了影响射电脉冲星巡天效率的因素,着重分析灵敏度和观测频率两个重要因素,并通过定义脉冲星探测率,简化对脉冲星巡天效率的估算。此外,总结了现有脉冲星巡天项目,利用Parkes多波束脉冲星及两次扩充巡天(Swinburne中纬度脉冲星巡天和Parkes高纬度脉冲星巡天)结果,采用包含时间演化的脉冲星分布模拟软件PsrPopPy,模拟得到脉冲星在银河系中分布的样本,并对近邻太阳系1 kpc距离内的脉冲星数目进行了估算,获得了近邻脉冲星样本,可为脉冲星高能辐射对探测宇宙线正电子谱影响等研究提供可靠输入量。     

银河系球状星团射电脉冲星的统计研究

球状星团是银河系中最古老的天体系统之一,其恒星密度极端高的核心有利于创造双星之间进行物质交换的环境,从而形成毫秒脉冲星双星、掩食脉冲双星、主序-毫秒脉冲双星、高轨道偏心率双星等双星系统,通过对这些系统进行研究有助于进一步认识球状星团的动力学、双星系统的演化和星际介质等相关问题。自30年前在球状星团中发现第一颗射电脉冲星至今,随着较高灵敏度射电望远镜的不断建成和使用,以及数据数字化处理能力的提高,天文学家在球状星团射电脉冲星的观测和理论研究方面取得很大进展。收集并分析了最新的球状星团脉冲星的数据,研究了球状星团射电脉冲星的自转周期和轨道周期的基本性质,讨论了球状星团脉冲星的搜寻,最后统计分析了双星系统,包括不同伴星类型的脉冲星的分布以及掩食双星系统的性质。     

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.     

Fast radio burst search: cross spectrum vs. auto spectrum method

The search for fast radio bursts(FRBs) is a hot topic in current radio astronomy studies. In this work, we carry out a single pulse search with a very long baseline interferometry(VLBI) pulsar observation data set using both auto spectrum and cross spectrum search methods. The cross spectrum method,first proposed in Liu et al., maximizes the signal power by fully utilizing the fringe phase information of the baseline cross spectrum. The auto spectrum search method is based on the popular pulsar software package PRESTO, which extracts single pulses from the auto spectrum of each station. According to our comparison, the cross spectrum method is able to enhance the signal power and therefore extract single pulses from data contaminated by high levels of radio frequency interference(RFI), which makes it possible to carry out a search for FRBs in regular VLBI observations when RFI is present.     

Spatial modulation search applied to the search and confirmation of highly scintillated pulsars at FAST with a pulsar discovered in M3

We present a pulsar candidate identification and confirmation procedure based on a position-switch mode during the pulsar search observations. This method enables the simultaneous search and confirmation of a pulsar in a single observation, by utilizing the different spatial features of a pulsar signal and radio frequency interference(RFI). Based on this method, we performed test pulsar search observations in globular clusters M3, M15 and M92. We discovered and confirmed a new pulsar, M3 F, and detected the known pulsars M3 B, M15 A to G(except C) and M92 A.     

Optimizing Pulsar Searches Against Propagation Effects

Propagation effects are well known to limit the sensitivity of pulsar searches based on periodicity detections. I define several regimes for pulsar searches that are based on whether the search sensitivity is luminosity limited, dispersion limited or scattering limited. Consideration of these regimes allows general statements to be made about pulsar searches in and out of the Galactic plane. Telescope size matters, but only to a point. Once scattering becomes important it is better to search more sky (in a blind survey) than to integrate longer on a given sky position. Example surveys are described. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

An interference removal technique for radio pulsar searches

Searches for radio pulsars are becoming increasingly difficult because of a rise in impulsive man-made terrestrial radio-frequency interference. Here, we present a new technique, zero dispersion measure filtering, which can significantly reduce the effects of such signals in pulsar search data. The technique has already been applied to a small portion of the data from the Parkes multi-beam pulsar survey, resulting in the discovery of four new pulsars, so illustrating its efficacy.     

A PRESTO-based parallel pulsar search pipeline used for FAST drift scan data

We developed a pulsar search pipeline based on PulsaR Exploration and Search TOolkit(PRESTO).This pipeline simply runs dedispersion,Fast Fourier Transform(FFT) and acceleration search in process-level parallel to shorten the processing time.With two parallel strategies,the pipeline can highly shorten the processing time in both normal searches and acceleration searches.This pipeline was first tested with Parkes Multibeam Pulsar Survery(PMPS) data and discovered two new faint pulsars.Then,it was successfully applied in processing the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope(FAST) drift scan data with tens of new pulsar discoveries up to now.The pipeline is only CPU-based and can be easily and quickly deployed in computing nodes for testing purposes or data processing.     

用软件PSRCHIVE分析脉冲星数据

PSRCHIVE是一款开源的、面向对象的科学数据分析软件,是一套应用于脉冲星天文学研究的应用包。它通过一系列通用算法实现数据校准与积分、统计分析与模拟以及可视化处理过程,并在脉冲星测时、偏振测量、射频干扰、脉冲变化研究等方面得到了很好的应用。主要概述该软件包含的各种功能,特别是核心应用的各种界面。     

脉冲星数据比对分析和可视化系统设计与实现

脉冲星数据比对分析和可视化系统(PSRDB,URL:http://www.psrdb.net/),由FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)早期科学数据中心团队为快速开展脉冲星候选体比对分析和数据管理研发.通过前端数据提交页面,接收和维护来自FAST及其他研究机构的候选体数据.目前,PSRDB已收录自1967年人类发现第1颗脉冲星以来所有公开文献发表的2811颗脉冲星样本,并采集了当前主要巡天项目尚未正式发表的源和候选体,如FAST多科学目标同时扫描巡天(CRAFTS)候选体数据.基于入库基础数据,利用位置、周期、色散等参数进行比对分析,辅助科研工作者在线检索匹配已知星表数据,最后将检索匹配、比对分析结果生成图表供进一步分析.目前,PSRDB已被应用于FAST脉冲星搜寻和候选体数据管理.未来,PSRDB可在新源认证、后随观测、观测计划制定和原始数据处理流程设计等方面提供数据和工具支撑.     

Radiation properties of pulsar magnetospheres: observation,theory, and experiment

In the three decades since their discovery, the accumulated body of observational data from pulsar sources puts constraints on models that seek to explain their periodic radiation. This paper reviews this data, reports on a VLA search for haloes predicted by an early model, and reinvestigates a magnetospheric disk-field-aligned-current transmission line system as the origin of the observed radiation, with external wave excitation by as yet an unexplained source. Three dimensional, fully electromagnetic particle-in-cell simulations of the pulsar surface and magnetosphere are used to explore the waveshape and polarization properties of the observed radiation.     

A search for soft X-ray radiation from pulsars with the Astronomical Netherlands Satellite

We present the results of a search for X-ray emission in the energy range 0.2–0.28 keV and 1–7 keV from a number of radio pulsars, including Crab, Vela and the binary pulsar PSR 1913+16, using the soft X-ray experiment aboard ANS. Except for the Crab no pulsed flux has been found. From the Vela pulsar we have detected continuous flux in agreement with earlier observations. Upper limits are given.Paper presented at the COSPAR Symposium on Fast Transients in X-and Gamma-Rays, held at Varna, Bulgaria, 29–31 May, 1975.