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单个脉冲 模式变换 脉冲漂单个脉冲 模式变换 脉冲漂移 微结构（移 微结构（ PA17PA17 ））

单个脉冲 模式变换 脉冲漂单个脉冲 模式变换 脉冲漂移 微结构（移 微结构（ PA17PA17 ））

国家天文台乌鲁木齐天文站

刘志勇

2009 07 27 www.uao.ac.cn

主要内容

平均轮廓与单个脉冲1

单个脉冲特性2

单个脉冲观测3

平均轮廓与单个脉冲

平均轮廓：对一系列的单个脉冲进行消色散、周期折叠后进行平均得到的轮廓

单个脉冲：对接收到的周期信号只进行消色散后通道叠加而不进行周期叠加的轮廓

平均轮廓与单个脉冲

1. 不同脉冲星的平均脉冲轮廓、辐射强度、极化不同；同一个脉冲星的平均脉冲相对稳定，但也有些脉冲星平均轮廓、周期出现跳变（如： PSR B0329+54 的模式变换、 Crab 跃变）

2. 单脉冲是累积脉冲的基本成分，单每个单脉冲里又存在子脉冲，子脉冲的存在证明脉冲星辐射区内部有着复杂的结构。子脉冲是比单脉冲更基本的成分，代表更小的辐射单元或更具体的辐射过程。

3. 一系列单脉冲还表现出复杂的变化，如：流量密度、微脉冲、巨脉冲、偏振位置角、有时还有子脉冲漂移和消零。

平均轮廓

轮廓形态：稳定（模式变换） 周期：稳定！！（跃变）

平均轮廓 : 脉冲星达到时间脉冲星自行跃变偏振DM 测量……

模式变换脉冲星的辐射轮廓突然从一种状态转换到另一种

状态这种状态的改变是突变（一个周期以内）维持较长时间的轮廓为正常辐射模式，其他所有

模式为反常辐射模式

正反常模式的到达时间需要分别用相应的模版进行到达时间测量

模式变换

模式变换脉冲星统计

模式变换与年龄、周期关系不明显

单个脉冲特性

单脉冲流量与消零1

子脉冲2

子脉冲偏振3

微结构4

PSR B0329+54

单脉冲流量

(M.Kramer et al.2003)

双极化 128 通道 单通道带宽 2.5MHz 总带宽 320 中心频率 1540MHz

单个脉冲流量密度随时间变化

观测时间05/10/17

消零

消零：脉冲突然缺失或低于平均流量的 1%

消零与模式变换：同一物理过程的不同表现

R.T.Ritchings MNR 1976 176 249

Arecibo 18颗脉冲星单脉冲研究

PSR J1649+2533 流量密度变化

PSR J1752+2359

零脉冲

(Lewandowski. Wojciech et al .2004)

消零，特别是极端消零：长时间，多次观测

消零脉冲星

PSR J1717-4054 极端消零现象

PSR B1931+24— 周期性的消零

… 有辐射时自转减慢的更快 !

•当有辐射时 dν/dt 增加 50%

dν/dt =-16.3(4)x10-15 Hz/s

dν/dt =-10.8(2)x10-15 Hz/s

南山 PSR J1933+2421 的观测

中心成分消零与爆发

消零与模式变换 Wang et al 2007

Profile of PSR B1326-6700

• Single pulse• 后随成分消零• 消零间隔 2-10min (200-1000 pulses)• 两个主成分出现消零 ~1min• 频繁的模式变换

Wang et al 2007

消零脉冲星的统计（ 100 ）

圈的大小表示消零百分比的大小

消零

问题 : Different type of pulsars? Nulling: a sign of old pulsars beginning to die?

Yes: How and when pulsars die?

No: Young pulsars null? Ritchings 1976: nulling NF vs. pulsar age Biggs 1992: nulling vs. pulsar age, period, pulse

width? Any hint for emission mechanism?

子脉冲

单脉冲的基本组成成份特征宽度约 2 度 （ 1/180 个周期）且频率独立形状：近似高斯轮廓子脉冲形状与相位稳定： PSR B1911-04 子脉冲形状与相位不稳定：子脉冲漂移物理特性：反映辐射束的基本单元特征

射电辐射束的模型

子脉冲漂移

三个基本参数： P2 （度）、 P3 （周期数）、 D=

P2/P3 （度／周期）

P2 ：两个子脉冲之间的相位间隔

P3 ：子脉冲出现在同一相位所间隔的周期数

Ｄ：漂移率， 一个周期子脉冲漂移的相位数

通常出现在轮廓的外部成分！！（外辐射锥）

子脉冲漂移基本原理

子脉冲漂移反映这些基本单元有组织的绕磁轴运动。

Ｌ、　、ｄ分布代表自转轴，磁轴，视线方向

子脉冲漂移： P2 （度）、 P3 （周期数）

子脉冲漂移方向

P2>0 P2<0

子脉冲漂移对脉冲流量的调制 Fourier 变换

当 P3 ～＝２ P2 时，脉冲的强度强弱交替，很难确定调制频率和漂移方向

漂移率

漂移率：低频 > 高频　　（低频辐射区位置比高频的高？ ）

大部分脉冲星——一个漂移率

某些有模式变换脉冲星——多个漂移率 (P2 不变，P3 改变 )

PSR B0031-07: P3(12.5, 6.8, 4.0) D(-1.7±0.2, -3.2±0.6, 5.3±1.1)PSR B2319+60 P3 (8,4,3) D(-0.8±0.2, 1.3±0.6, 2.0±0.7)

B0031-07 、 PSR B2319+60都有三种反常模式

B0031-07 　漂移率及误差成比，（巧合？）

PSR B1237+25

P2 (41,82)P3 (2.8,2.8)D(3.8±1.0, 7.3±1.5)

轮廓外部成分没有子脉冲漂移

PSR B1237+25

对个子脉冲带的相位成分进行 Fourier 变换，

PSR B1237+25

外部成分的调制？

辐射几何的模型

视线方向扫过辐射锥的中心

子脉冲有辐射强度起伏而无漂移现象

PSR B0826-34 子脉冲漂移、模式变换

平均轮廓覆盖整个周期！！（自转轴、磁轴、视线的夹角很小）

１３个子脉冲带（覆盖整个周期）

双向漂移、漂移率不规定

高频反常模式轮廓类似低频轮廓

（ A.Esamdin et al 2005 ）

１３个子脉冲带

A.Esamdin et al 2005

AB…..LM 为各子脉冲带， I II III IV 平均轮廓的成分

PSR B0826-34 双向子脉冲漂移

右边箭头所示区为弱辐射模式（反常模式１－４０周期）明显双向子漂移A.Esamdin et al 2005

PSR B0826-34 模式变换

观测频率： 1374MHz

A.Esamdin et al 2005

相位漂移与消零

相位与消零长度相关

PSR B0809+74

相位漂移与消零

消零前 10 个脉冲周期左右，漂移率有小的波动 消零开始时漂移立即停止，漂移率以指数形式恢复之原来

的漂移率，恢复到一定的漂移率，恢复辐射。恢复的时间常数依赖于消零持续的时间短时间消零： ~10s恢复时间常数 长时间消零： ~20s恢复时间常数

子脉冲偏振

子脉冲的偏振度比 > 平均轮廓的偏振度

为什么？

子脉冲的偏振变化

偏振位置角的变化

子脉冲漂移

正交模式偏振

微结构

时标更短：几微秒——几十微秒

宽频具有准周期性

微结构与巨脉冲

南山 crab 脉冲星巨脉冲观测

Hankins 1996

模式变换 漂移子脉冲 消零脉冲星分布

单个脉冲观测

系统灵敏度：高 大天线 低噪声接收机

时间分辨率高：子脉冲、微结构、巨脉冲研究 高采样率

子通道色散延迟与时间分别率相当 子通道带宽可调

天线灵敏度天线灵敏度

系统灵敏度 ( / ) sysmin

p int

s n T wS

p wG n T f

对南山 25m 天线单脉冲观测：当 =25k 、 s/n=5 、 =1ｓ： β=1.25,G=0.088

~20mJy

sysT

minS

intT

单脉冲研究需要大的天线！！！Ｓ 1400>20mJy源才几十个

色散

6 2 24.15 10 ( )i jt ms f f DM 色散：

不同色散ＤＭ的脉冲星需要不同的采样率或通道数！！