GRS 1915+105的X射线能谱分析及黑洞自旋测量

GRS 1915+105是银河系内的低质量黑洞X射线双星,其能谱和黑洞自旋已经得到了广泛的研究.自2018年6月开始,其X射线流量下降到了低流量水平,其间偶尔会产生多波段的耀发.利用Insight-HXMT(Insight-Hard X-ray Modulation Telescope,简称为慧眼)卫星在2020年8月30日到2020年10月13日之间对GRS1915+105的观测数据,研究了其能谱特性,发现在此次爆发过程中, X射线能谱可以用一个康普顿化的多温黑体谱很好地拟合.整个爆发的硬度强度图(Hardness-Intensity Diagram, HID)一直处于软态.采用GRS1915+105的最新动力学参数M=12.4_-1.8^+2.0M⊙, i=60°±5°, D=8.6_-1.6^+2.0kpc (M、M⊙、i和D分别表示黑洞质量、太阳质量、盘倾角和距离),得到其无量纲黑洞自旋a*的一个下限a*> 0.9990,确认了GRS 1915+105是一个具有极端自旋的黑洞.考虑本地吸收体的...     

基于扇形子镜的12m光学红外望远镜拼接共相误差仿真分析

为满足国内对应用大型通用光学望远镜在光学红外波段进行天文观测的需求, 中国计划建设一架12 m大口径光学红外望远镜(12-meter large aperture optical-infrared telescope, LOT). LOT对于中国天文界具有极其重要的意义, 将会在近红外波段实现共相. LOT的主镜将采用子镜拼接的方案, 由72块扇形子镜拼接而成, 并且中央部分有一块直径4.5m的圆形镜. 分析了采用扇形子镜拼接方案下LOT的共相误差, 提供了详细的共相误差理论推导过程, 并对包括3种子镜面外误差在内的误差源进行深入的单独模拟和综合模拟. 在共相波长为1μm的条件下, 当服从正态分布的倾斜误差的均方根值小于0.016^\prime\prime或服从正态分布的活塞误差的均方根值小于42.5nm时, LOT的斯特列尔比大于0.8. 仿真结果对于采用共相拼接镜面主动光学的主镜在LOT中的应用具有重要意义.     

基于NPSVM模型的超新星识别方法

巡天观测与高能物理、黑洞天文等领域均有密切的联系.基于星系-超新星二分类问题,研究光谱数据预处理,结合余弦相似度改善PCA(Principal Component Analysis)光谱分解特征提取方法,用SDSS(the Sloan Digital Sky Survey)、WISeREP(the Weizmann Interactive Supernova data REPository)组成的5620条光谱数据集训练支持向量机,可以得到0.498%泛化误差的识别模型和新样本分类概率.使用Neyman-Pearson决策方法建立NPSVM(Neyman-Pearson Support Vector Machine)模型可进一步降低超新星的漏判率.     

利用双视角消除太阳矢量磁场观测中的180◦不确定性

随着"环日轨道器"(Solar Orbiter, SO)的在轨运行,太阳磁场观测进入了双视角遥测的时代.对利用太阳磁场的双视角观测改正矢量磁图中存在的横场(垂直于视线方向的磁场分量) 180°不确定性进行了模拟,首先模拟了对解析解得到磁图的双视角观测,然后利用"日震学和磁学成像仪"(Helioseismic and Magnetic Imager, HMI)在不同时间观测到的一个老化黑子的磁图模拟了双视角观测.发现要改正一个磁图中横场方向的180°不确定性,在观测上只需要另外一个平行于视线方向的磁场即纵向磁场观测的协助.利用HMI的磁场观测模拟,估算显示30°的张角能够改正50 Gs磁场中的180°不确定性.更大的张角虽然更有利于更弱磁场的改正,但是考虑到投影效应的不利影响, 30°左右的张角应该是未来空间设备进行多视角观测太阳磁场的最佳张角.     

射电望远镜多目标观测策略优化

望远镜调度是望远镜运行中的关键组成部分, 用于辅助科研人员进行合理的观测计划安排, 提高望远镜的运行效率, 获取高质量的观测数据. 然而, 由于不同观测项目的科学需求不同, 望远镜的调度过程十分复杂. 针对短周期多目标的观测项目, 考虑望远镜换源时转动时长、观测高度角等因素进行建模, 采用贪心算法对中国科学院新疆天文台南山26m望远镜脉冲星到达时间观测列表进行调度. 通过模拟表明, 使用算法完成的观测列表可以有效地减少观测过程中的平均转动时长, 提升观测数据的质量, 提高望远镜时间利用率, 减少科研人员对观测列表编排的负担.     

M型恒星周围系外行星统计研究

M型恒星(M dwarf)是主序星中质量较小的恒星,也是银河系中数量最多的恒星类型,在其周围形成的行星通常距离主星较近,宜居带也比F、G、K型恒星更靠近主星,更有利于发现系外宜居行星.研究表明, M型恒星周围平均存在2.5颗小质量行星,约为F、 G、 K型恒星的3.5倍,但M型恒星周围巨行星的出现率(occurrence rate)则比F、 G、K型小一个量级.基于M型恒星周围发现的401颗行星的参数开展了统计研究,发现质量越大的行星平均轨道半长径越大.类地行星约占行星总数的74%,且轨道半长径均小于1 au,其中28颗行星具有潜在宜居性.根据行星质量-半径关系,在质量等于4倍地球质量(M⊕)处存在一拐点,除少数几颗行星外,大部分小于该质量的行星可能都是由约65%的硅酸盐和约35%的铁组成,大于该质量的行星半径则随质量增加而迅速增大.约60%的M型恒星周围的行星位于多行星系统且轨道分布紧密,相邻行星轨道在3:2、5:3及2:1等平运动共振位置处存在峰值. M型恒星的多行星系统形成与演化等问题对现今的行星形成理论提出了新挑战.     

基于条件平差的卫星双向时间传递链路性能优化方法

卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)是目前精度最高的时间传递方法之一,同时也是参与国际原子时计算的守时实验室之间比较原子时尺度的一种主要方法.提高TWSTFT链路的短期稳定度,降低周日效应对链路时间传递结果的影响,对优化TAI (International Atomic Time)的性能具有现实意义.提出了一种基于条件平差的TWSTFT链路性能优化方法,先依据TWSTFT链路测量噪声水平与谱分析结果建立TWSTFT链路性能优化网络(简称优化网络),再根据优化网络中各链路测量噪声分析结果设置权系数阵,建立条件平差模型.选取亚太地区的中国计量科学研究院(National Institute of Metrology, NIM)-中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)卫星双向时间传递链路作为待优化链路,以NTSC、NIM以及德国联邦物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesanstalt,PTB)之间的TWSTFT链路组成优化网络,对优化网络的组网方法和条件平差模型进行实验验证.结果表明,平差后待优化链路短期稳定度得到了改善,同时其受周日效应的影响降低了约24.6%.使用该方法,能够有效提高待优化链路的时间传递性能.     

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.     

宇宙黎明和再电离时期低频全天总功率探测实验现状

宇宙黎明和再电离时期探测是目前宇宙学最前沿科学研究方向之一.对这一时期的直接探测只能依赖于观测来自这一时期红移后的中性氢21 cm信号,其3种主要探测方式之一是21 cm信号全天总功率测量.在此回顾已有和正在计划中的探测宇宙黎明和再电离时期的低频全天总功率测量实验及其进展,包括地面射电望远镜如BIGHORNS¹、EDGES²、LACE³、LEDA⁴、MIST⁵、REACH⁶、SARAS⁷ 3、SCI-HI⁸、PRI^ZM⁹以及空间低频总功率相关实验如DARE¹⁰、DAPPER¹¹、FARSIDE¹²、鸿蒙计划.其中, EDGES实验是目前唯一声称观测到疑似宇宙黎明信号的实验,然而其实验结果与标准宇宙学模型(Λ Cold Dark Matter,ΛCDM)有不符之处.如果该探测结果被证实,那么这将是人类第1次...     

超导SIS混频器空间应用发射锁定机构热胀特性测量研究

高灵敏度太赫兹探测模块(High Sensitivity Terahertz Detection Module, HSTDM)是中国空间巡天望远镜---巡天光学设施的后端模块之一, 其核心探测器采用可工作于10K温区的氮化铌超导SIS (Superconductor Insulator Superconductor)混频器. 超导SIS混频前端的锁定机构在力学和热学方面需相应的特殊设计, 以应对发射阶段的力学振动以及工作运行阶段的隔热要求. 为了确认在80K温区锁定机构与混频器前端有效分离, 针对超导SIS混频前端发射锁定机构所用特氟龙材料热胀特性, 开展基于低温LVDT (Linear Variable Differential Transformer)测量和标记划痕法测量以及两种测量方法交叉验证. LVDT实验测量结果表明特氟龙材料收缩率随温度变化与理论模型基本一致, 在80K测得材料收缩率为1.86%. 据此分析, 超导SIS混频前端锁定机构在\lk 80K温度下可与10K冷级的超导SIS混频前端实现有效分离.