毫秒脉冲星轮廓变化的研究

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脉冲星是高速自转并具有超强磁场的中子星。可根据脉冲星稳定的周期性,将一定频率范围内的几百个甚至几千个单脉冲按周期进行叠加,会得到一个非常稳定的累积脉冲轮廓。脉冲轮廓是可以直接观测的量,轮廓通常呈现出单峰、双峰以及多峰等多种结构,已有不同类型的脉冲星辐射束模型来解释脉冲轮廓出现多种形态的原因。研究脉冲星累积脉冲轮廓的稳定性是一个重要的课题,可以为脉冲星辐射机制和辐射区结构的研究提供基础,还有助于提高脉冲星计时精度。前人研究发现一些脉冲星的累积脉冲轮廓展现出了不稳定性。脉冲轮廓会发生两种重要的变化现象,都影响着脉冲星的多种观测特征。其中一种变化是模式变换,即脉冲星具有两个不同形状的稳定累积脉冲轮廓,分别称为正常模式和反常模式,两种模式之间相互转换。模式变换现象通常与脉冲强度的突然变化有关。另外一种变化称为消零现象,即脉冲星的射电辐射在连续的多个周期内会突然停止,导致暂时探测不到脉冲星的脉冲信号,一段时间后脉冲星又恢复到正常的辐射状态。通常在消零期结束后,能观测到单脉冲的强度和中心相位有明显的变化。  脉冲星累积脉冲轮廓的变化还表现在脉冲宽度以及各脉冲成分之间的相对强度等随频率的不同而发生的变化。正常脉冲星和毫秒脉冲星的脉冲轮廓都会随着频率的不同而发生变化。但是毫秒脉冲星脉冲轮廓的变化相对更加复杂,脉冲成分的宽度和间距可能随着频率的增加而增大,也可能随着频率的增加而减小。脉冲星辐射强度发生变化的原因,可能是脉冲星自身辐射强度的变化,也可能发生在射电波穿过星际空间的过程中,受到星际介质中电子密度不均匀性闪烁引起的不同频率上流量密度的变化,即脉冲星累积脉冲轮廓的稳定性会受星际闪烁的干扰。  本文研究了毫秒脉冲星PSR J1022+1001累积脉冲轮廓的稳定性问题,该脉冲星呈现双峰结构,在1400MHz观测频率附近,具有两种典型的脉冲轮廓,其峰值比分别是小于1和大于1。研究发现当把总带宽分成八个子带宽后,每个子带宽的脉冲轮廓会随着频率的不同而发生变化,其峰值比随着频率的增加而增大。同时由于星际闪烁的影响,各个频率上的流量密度也会发生变化。当把各个频率上的脉冲轮廓按照流量密度的大小加权叠加后,就会形成峰值比小于1和大于1的两种总轮廓形态。所以该脉冲星总轮廓呈现变化的主要原因在于脉冲轮廓会随观测频率发生形态改变,同时星际闪烁引起各频率上流量密度变化造成的。但研究还发现,有少数情况中即使在同一个子频率上,脉冲星的轮廓也已经发生了改变,因此认为部分累积脉冲轮廓表现出的不稳定性也可能是脉冲星内禀或是其他因素引起的。
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