脉冲星的周期变化与地壳运动

本文研究脉冲星的周期变化与地壳运动的关系,指出:(1)由地震引起的板块运动和板内运动会影响观测到的脉冲星的脉冲周期的变率,特别是一些周期变率较小的脉冲星,这种影响将产生显著的观测效应;(2)分析现代脉冲星的观测资料,有助于研究板块结构,板块运动和地震预报.     

脉冲星衍射式闪烁观测研究进展

介绍脉冲星星际闪烁效应产生的机制,简要描述衍射式闪烁的观测研究方法,并总结了近些年衍射式闪烁观测研究的进展,主要包含使用闪烁效应限制星际介质电子密度涨落谱、估算脉冲星切向速度、分辨脉冲星射电辐射区尺度、获取脉冲星双星轨道参数、搜索脉冲星的非脉冲射电辐射等,以及总结了国内一些射电望远镜对脉冲星闪烁观测研究工作及FAST观测预期.     

基于单探测器的低轨航天器X射线脉冲星导航算法

近年来脉冲星自主导航技术飞速发展,即将在低轨道(LEO)航天器开展验证。为了适应低轨航天器载荷轻量化、小型化的需求,研究了基于单探测器的X射线脉冲星导航扩展卡尔曼滤波算法,并针对单脉冲星导航和轮流观测多脉冲星导航两种方案,分别进行了算法仿真。仿真结果表明,仅观测单脉冲星无法实现长期自主导航,但能够将轨道预报误差降低25.9%,提高短期自主导航精度。而单探测器轮流观测多脉冲星可实现长期自主导航,其导航误差达到514 m,与多探测器同时观测多脉冲星传统算法相当。     

新疆天文台脉冲星数据检索

新疆天文台南山观测站25 m射电望远镜(简称NSRT) 2002年L波段常温接收机制冷改造完成后,脉冲星观测系统灵敏度达到了0.4 m Jy,实现了200多颗脉冲星的常年监测. NSRT通过近20年的观测产生了大量有价值的科学数据.南山观测站脉冲星数据通过300 Mb/s专线传输到70 km外的新疆天文台本部数据中心进行长期存储,通过南山观测站及新疆天文台本部的数据存储系统实现了脉冲星数据的远程异地容灾备份.元数据提取、数据归档及发布由位于新疆天文台本部的数据发布系统完成,截至2018年11月底已发布脉冲星观测数据87000多条,最大文件1 GB,脉冲星数据格式为PSRFITS.脉冲星数据服务提供了锥形检索及多目标约束检索,数据发布基于虚拟天文台标准并已将脉冲星数据服务注册到国际虚拟天文台联盟,用户可通过标准虚拟天文台工具实现检索、访问与处理.     

老年X-射线脉冲星的辐射特性

利用新的外间隙模型,研究计算了老年脉冲星的非热X-射线光度,并与Chandra观测到的七颗老年脉冲星的非热X-射线光度的观测结果进行了比较,模型的计算结果和观测数据吻合较好,同时计算了老年脉冲星可能的伽玛射线光度和流量。     

利用默奇森大视场阵列旁瓣探寻北天脉冲星

探索新的方法对发现和观测脉冲星具有重要意义.本文利用澳大利亚的默奇森大视场阵列望远镜MWA(Murchison Wide-field Array)中心频率185 MHz的观测数据进行脉冲星搜寻,探测到了两颗高纬度北天脉冲星,经分析认定为J0332+5434和J2219+4754.它们位于MWA主波束视场以外赤纬30°以北,而落在MWA非相干波束的北天旁瓣.虽然射电望远镜旁瓣的灵敏度远低于主瓣,但大多数脉冲星的低频流量更高,因而仍然可以利用低频望远镜旁瓣对它们进行搜寻与观测.本文将对低频脉冲星的搜索流程和结果进行阐述,并讨论利用MWA射电望远镜旁瓣进一步搜寻和观测北天脉冲星的可能性.通过对已知射电脉冲星的统计和MWA探测灵敏度的模拟,预计有30颗已知北天脉冲星可以在MWA旁瓣中被探测到.此工作是未来使用SKA低频阵列搜寻北天脉冲星的有益探索.     

脉冲星数字终端技术综述

脉冲星数字终端是脉冲星观测和搜寻的重要设备,可实现模拟信号的数字化及脉冲星信号处理.随着脉冲星研究的不断深入和数字技术的迅速发展,对脉冲星数字终端的性能要求也在不断提高,需要在更宽带宽、更高的时间分辨率与更高的频率分辨率下进行高速采样、实时分析与处理.本文以国内外主要脉冲星观测射电望远镜为基础,回顾了脉冲星终端的发展历史,综述了目前主流大口径射电望远镜脉冲星数字终端的现状.在调研和分析已有和正在研制的脉冲星数字终端的基础上,构思和讨论了采用开放RFSoC平台+GPU集群为基础的QTT终端系统的设计方案和研制思路.     

Hurst指数在脉冲星计时残差分析中的应用

利用从北美计时阵(NANOGrav)观测的14颗毫秒脉冲星数据,在时域范围内分析了计时残差的观测特征.通过研究发现,脉冲星计时残差的均方根与Hurst指数取值无关.长观测时间跨度有利于Hurst指数判断残差的有偏特性.通过比对数据,多种计时噪声估计均表明,Hurst指数分析能有效判断脉冲星计时残差数据是否存在低频红噪声,这有利于与主流红噪声分析方法互相证认.上述结果将进一步拓展脉冲星计时噪声在时域的分析.     

毫秒脉冲星的高能辐射

 根据自恰毫秒脉冲星磁层外隙模型讨论毫秒脉冲星的高能辐射机制.其中X射线由2个热成分和1个幂律成分组成,γ射线由外隙粒子同步-曲率辐射产生.在此基础上,理论计算了11颗X射线波段及其他39颗在射电波段观测到的毫秒脉冲星,所得理论与观测符合较好,表明该模型能较好地解释毫秒脉冲星的高能辐射机制.     

在脉冲星的观测证据中寻找夸克解禁态

简述了中子星结构、组成、演化的理论研究以及相关的观测进展,对演化后期孤立毫秒脉冲星和处于双星系统中的脉冲星可能存在夸克解禁和夸克重囚禁的现象进行了理论上和观测证据上的探讨。认为双星系统中的脉冲星可能会由于条件不同,会分别出现夸克解禁和夸克重囚禁的现象。     

X射线脉冲星自主导航的脉冲轮廓和联合观测方程

现在通用的X射线脉冲星导航的3维观测方程,是以3颗脉冲星发射的脉冲到达航天器和太阳系质心的时间偏差为观测量建立起来的.在实际测量过程中,这个观测量是通过比较航天器探测到的脉冲观测轮廓与相应脉冲星的标准轮廓得到的,而在累积观测轮廓的同时也得到了观测轮廓的周期,因此根据Doppler速度测量方程,就能够确定航天器的速度矢量.本文首先导出Doppler速度测量方程,提出在观测轮廓的积累过程中考虑航天器的速度和加速度,得到的观测轮廓的周期不同于标准轮廓.这样,将探测3颗脉冲星得到的观测轮廓与相应的标准轮廓进行比较时,可以同时获得脉冲到达航天器和太阳系质心的时间偏差和频率漂移6个观测量,从而确定航天器的3维位置和3维速度.由于信息量增加一倍,6维观测方程比现行观测方程更为精确和完整.     

年轻脉冲星的X-射线非热辐射

年轻的转动驱动脉冲星有较高的自转能损率(Lsd≥1036erg.s-1),而且都有非常高的非热X-射线辐射,利用新的外间隙模型,计算年轻脉冲星的非热X-射线光度,并与观测到的17颗年轻脉冲星的非热X-射线光度能量范围为2~10 keV的观测结果进行比较,模型的计算结果和观测数据吻合较好.     

脉冲星PSR J1224-6407的偏振、频谱和到达时间的研究

使用澳大利亚帕克斯射电望远镜对PSR J1224-6407进行了3个波段的研究，观测数据的时间跨度约10 a. 3个波段观测中心频率分别为732、1 369 MHz和3 100 MHz.将测量得到的流量密度与文献中的频谱数据相结合，得出脉冲星的频谱特性.用简单的幂律谱模型对频谱进行了拟合，得到谱指数为-1.45.用PSRCHIVE软件得到3个频率下平均脉冲轮廓和偏振观测结果，脉冲总强度、圆偏振、线偏振和偏振位置角曲线随频率表现出了不同的变化.在1.4 GHz的频率下，分析了脉冲星的计时残差，更新了脉冲星的位置、自转周期和周期导数等基本参数.     

基于天宫二号POLAR的脉冲星导航实验

利用天宫二号上的伽玛暴偏振探测仪(POLAR)观测数据完成了X射线脉冲星导航的原理验证.处理并分析了POLAR的观测数据,建立了基于轨道动力学模型和脉冲星脉冲轮廓显著性分析的定轨算法,并利用蟹状星云脉冲星的实测数据开展了单脉冲星的定轨分析.结果表明,该方法能够实现对天宫二号轨道的定轨,利用POLAR一个月的在轨观测数据可得到定轨精度如下(99.7%置信度):轨道半长轴精度7.0 m,偏心率精度0.00026,轨道倾角精度0.023°,升交点赤经精度0.17°,近地点幅角及平近地点角精度0.043°.     

基于X射线脉冲星的最小误差熵定姿态方法

提出一种基于X射线脉冲星能量观测信息和最小误差熵算法的航天器自主定姿方法.首先建立了圆形准直器差分测量模型,观测两颗脉冲星的辐射光子能量.然后引入信息熵概念来充分表征脉冲星辐射信号的随机性,用最小误差熵原理进行参数拟合,解出脉冲星在航天器坐标架下的方向矢量,通过矢量定姿法解算出航天器在参考坐标系中的完整姿态.最后结合美国国家宇航局HEACARC数据库提供的脉冲星观测数据进行了仿真试验,结果表明:在所给试验条件下,基于最小误差熵方法的参数估计精度要优于常用的最小二乘法,相比于后者,俯仰、滚动和偏航三轴精度分别提高了31.4％,27.1％和32.5％.     

脉冲星发现50年

 脉冲星自1967年发现以来,50年的观测和理论研究取得巨大进展,期间曾2次获颁诺贝尔物理学奖。脉冲星以其高度致密和强引力场堪称宇宙天然实验室,可用来验证爱因斯坦广义相对论及进行引力波探测,推动了天文学与物理学研究的发展。本文简介了脉冲星的发现及其性质,并综述了脉冲星导航以及最近建成的500 m口径球面射电望远镜（FAST）的脉冲星探测研究进展。     

FAST——脉冲星观测研究的利器

 2016年9月25日落成的中国自行设计建造的500 m口径球面射电望远镜（FAST）是目前全世界最大口径的射电望远镜。在调试期间已成功发现了脉冲星,实现了国内设备发现脉冲星的零突破。脉冲星是宇宙中的一类奇妙天体,是验证强引力场、强磁场和高密度等极端物理环境下物理规律的"天然实验室"。作为脉冲星研究的利器,预计FAST大规模巡天能够大幅提高已知的脉冲星数目。FAST还将在低频引力波探测、脉冲星物理、星际和星系际介质探测、脉冲星时间尺度建立及脉冲星导航等领域取得突破性进展。在上述研究中,国内天文设备取长补短、相互补充,有望实现中国脉冲星观测研究跨越式发展。     

基于压缩感知的脉冲星轮廓构建算法

利用有限的观测时间获得高精度的累积脉冲轮廓,对于X射线脉冲星导航具有重要意义.提出一种基于压缩感知的脉冲星累积脉冲轮廓重构算法.首先,研究脉冲轮廓,获取先验知识,在此基础上构建波形匹配冗余词典,得到脉冲轮廓的稀疏表示;然后,设计观测矩阵,利用原始观测数据得到具有较少点数的非自适应随机测量值;最后,采用匹配追踪方法从随机测量值中恢复脉冲轮廓.利用罗希X射线探测器的实测脉冲星数据进行实验,结果表明：利用相同时段的观测数据,该算法得到的累积脉冲轮廓的信噪比远高于周期叠加方法得到的累积脉冲轮廓.     

基于X射线脉冲星的空间定位误差仿真研究

研究了X射线脉冲星脉冲到达时间(TOA)测量的原理;基于TOA测量,构建了SSB惯性系下空间绝对定位的数学模型,并说明了整周期数向量的求解过程;基于SNR得出了脉冲相位观测时间与TOA测量精度的关系.利用仿真脉冲相位观测数据,对×射线脉冲星空间定位进行系统仿真.仿真结果表明模糊度搜索效果较好,相位观测时间的选择对位置确定的精度影响较大.     

黑洞-脉冲星系统强引力中的光传播效应

脉冲星是宇宙中最精确的时钟,其信号周期的精确度能够超过原子钟;它发出的脉冲在到达地球的过程中,如果途径黑洞附近,会被强引力场弯曲,原则上可以通过观测接收到的脉冲来研究黑洞和强引力场的性质.我们以围绕银河系中心超大质量黑洞做圆周运动的脉冲星为研究对象,分析了强引力场对脉冲路径的影响和脉冲到达时间的延迟.结果表明,脉冲轨迹和时延敏感依赖于观测者的观测倾角.观测角越大,强引力场效应就越显著.相比于黑洞的引力质量,黑洞自旋对结果的影响较小;当观测者偏离脉冲星轨道平面较大,即观测角较小时,黑洞的自旋效应明显变小;因此,需要借助高精度和灵敏度的望远镜来探究黑洞自旋的影响.