脉冲星的射电辐射与星际闪烁特性研究

摘要

脉冲的辐射机制问题多年来一直没有得到很好的解决。脉冲星射电辐射的研究主要围绕着脉冲星的磁层结构、辐射区的位置、产生辐射的机制几个方面讨论。而我硕士期间的主要研究课题也与这些方面紧密相关。首先，我们利用上海天文台65米和云南天文台40米射电望远镜对PSR B0329+54和PSR B1642-03这两颗脉冲星在S，C和X波段进行了长时间监测。随后将新观测的数据与欧洲脉冲星数据库EPN已公布的数据相结合，我们拟合了这两颗星多达10几个频段的数据，其频段跨度从100MHz到10GHz的平均脉冲轮廓数据，从几何上计算给出了每个平均脉冲轮廓中的每个辐射成分来自脉冲星磁层中的辐射位置；接着，我们在逆康普顿散射（ICS）模型的基本理论框架下模拟了各辐射成分的高度和辐射束宽随频率的演化关系，确定了这两颗星的辐射区在脉冲星极冠区的截面几何形状，从而检验了ICS过程是一个能够有效产生脉冲星射电辐射的机制。 与平均脉冲轮廓相比，单脉冲观测研究更能体现脉冲星磁层中较为具体的辐射单元。而脉冲星的脉冲消零、模式变换和漂移子脉冲现象可能与脉冲星的磁层活动息息相关。因此，对它们的观测研究有助于我们去更好地了解脉冲星的辐射过程。因此，我们分析了FAST漂移扫描巡天新发现的脉冲星PSR J1926-0649的单脉冲数据，给出了该星的子脉冲漂移、消零和脉冲轮廓的模式变换现象，并初步给出了漂移子脉冲的漂移方向，漂移周期等参数，这些现象将在后续的脉冲星辐射机制的研究中具有重要意义。 关于毫秒脉冲星具体的形成过程仍然还不清楚。理论上认为毫秒脉冲星是从伴星吸积物质获得角动量的结果，大量的观测和模拟也表明吸积X射线脉冲星与毫秒脉冲星之间可能存在演化联系。2009年至今共发现了3颗辐射状态在X射线波段和射电波段来回切换的转换毫秒脉冲星为研究毫秒脉冲星的形成及演化问题提供了较好的观测资料。我们调研了转换毫秒脉冲星的相关观测性质，提出了在该类脉冲星天体环境下，在脉冲星的吸积过程中，磁球边界处的等离子体截断频率随吸积光度的变化会影响射电脉冲出射的模型，从而很好地解释了转换毫秒脉冲星射电消失和重现的观测现象。 脉冲星星际闪烁现象，一直是脉冲星射电观测及理论研究中的一个难题。影响脉冲星射电闪烁现象的具体因素还不清楚，但是利用脉冲星的射电闪烁效应研究星际空间中星际介质的性质很有意义。在我的课题中，我们对杜鹃座47球状星团中相对流量密度较高的多颗已知毫秒脉冲星的闪烁性质进行分析，给出了相应的动态频谱和自相关分析结果。我们发现这些毫秒脉冲星存在衍射闪烁现象，时域和频域上的特征闪烁尺度分别约为100分钟和100MHz。但其与典型的衍射闪烁现象相比，闪烁尺度较长，因此我们提出了球状星团的等离子体壳层可能会对脉冲星星际闪烁现象造成影响的猜想。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 前言

1.1中子星起源

1.2 中子星的观测特性

1.3 脉冲星研究的科学价值及挑战

第二章 脉冲星基本物理参数估算

2.1质量和半径

2.2自旋演化

2.3脉冲星年龄

2.4脉冲的磁场

第三章特殊类型脉冲星研究进展

3.1脉冲星双星与毫秒脉冲星

3.2费米脉冲星

3.3超新星遗迹脉冲星

3.4脉冲星类天体

第四章 脉冲星辐射机制

4.1脉冲星静态磁层结构

4.2脉冲星非静态磁层结构

4.3粒子加速区模型

4.4粒子加速过程

第五章 逆康普顿散射模型

第六章 PSR B0329+54 与PSR B1642-03 的射电脉冲轮廓分析

6.1 工作背景

6.2观测及数据处理

6.3 脉冲星轮廓分析

6.4 频-束演化模拟

6.5 本章小结与讨论

第七章 漂移子脉冲、脉冲nulling和模变现象

7.1工作背景

7.2 PSR J1926-0649的单脉冲观测

7.3 PSR J1926-0649的法拉第旋转效应

7.4 本章小结与讨论

第八章 脉冲星作为研究星际介质的探针

8.1 研究背景及意义

8.2研究内容及结果

8.3 本章小结与讨论

第九章 状态转换毫秒脉冲研究

9.1研究背景及意义

9.2 PSR J1023+0038状态转换观测

9.3 模型简介

9.4 本章小结与讨论

第十章 总结与展望

10.1 总结

10.2展望

第十一章 攻读硕士期间发表的论文

参考文献

致 谢