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.     

M87的TeV辐射光变

2005年第一次在M87中观测到TeV辐射爆发,分析表明TeV爆发的光变时标非常短且相对孤立.M87的喷流的视向倾角较大(～30?),是银河系外观测到的第一个非blazar类TeV源,这暗示着新的产生TeV辐射过程.考虑到TeV源有可能是产生于黑洞吸积盘上的等离子体云团,刚诞生的时候可能围绕中心黑洞作开普勒运动,本文在完全广义相对论框架下计算了这种情况下TeV辐射的光变.模型中不仅考虑了TeV源作开普勒运动的效应,还计算了轨道上不同点发出的TeV光子在到达无穷远处观测者的过程中被来自吸积盘上的软光子吸收的光深差异.计算表明TeV源的光变主要由不同轨道上的TeV光子的光深变化主导,TeV源作开普勒运动的效应基本可以忽略.在TeV源距离黑洞比较近的时候,随着黑洞自旋的增大光深显著减小,在黑洞自旋为零时,光深变化曲线明显不对称,TeV源越靠近黑洞这些效应越显著.     

高自旋场对动态Vaidya黑洞熵的量子修正

利用改进后的brick—wall模型研究自旋为2的引力场对动态Vaidya黑洞熵的量子修正,作者发现,在动态Vaidya黑洞中,自旋为2的引力场的量子熵仍与黑洞的视界面积成正比;当选择与标量场相同的截断因子时,其熵为标量场的2倍,为Dirac场的4／7倍,引力场．标量场和Dirac场对黑洞熵的总贡献为3/8Ah．     

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.     

脉冲星计时数据的天体测量解析

已有的研究表明,通过对毫秒脉冲星脉冲到达观测者的时刻（time of arrival,TOA）的记录和分析,实现航天器的自主定位是可行的。我们对TOA所含成分作了解析,导出和解释了TOA与观测者质心位置间关系的基本方程,并与其他一些作者的结果进行比较和讨论。作者认为,TOA和太阳系质心（SSB）处的脉冲到达时刻无关,和SSB的日心坐标无关,也和SSB处的引力时延无关。因此,不应如Sheikh所做的那样,试图在观测者和SSB之间计算较差到达时刻和较差引力时延。     

基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿

为了有效抑制多普勒效应对脉冲到达时间精度的影响,提出了一种基于星光多普勒的脉冲星脉冲到达时间补偿方法.该方法首先根据多颗恒星的星光多普勒频移解算出高精度航天器速度信息,然后利用该速度信息对X射线探测器获得的脉冲光子到达时间进行补偿,最后利用历元叠加法累积脉冲光子获得脉冲到达时间.该方法能有效抑制航天器高速运动对脉冲到达时间的不利影响,理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性;该方法的补偿精度比轨道外推方法高出两个数量级,且该方法的鲁棒性比轨道外推方法更强.     

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.     

脉冲星旋转磁偶极场的线偏振位置角曲线

1967年发现第一颗脉冲星以来,在用于解释线偏振位置角随脉冲相位变化曲线的旋转矢量模型中,脉冲星磁场通常被近似为静态磁偶极场.但静态磁偶极场假设过于简化,未考虑推迟势效应.文章采用从推迟势导出的旋转真空磁偶极场,研究了在脉冲星磁场为旋转磁偶极场位形下的线偏振位置角曲线.在计算辐射的相位、余纬角和偏振位置角过程中考虑了光行差效应和延迟效应.相比旋转矢量模型的结果,旋转磁偶极场偏振位置角曲线在大磁倾角、碰撞角,或靠近磁轴的内层磁力线上有显著的变形.其与磁力线层等参数的依赖关系避免了传统旋转矢量模型的简并问题--在给定磁倾角和碰撞角情况下所有层磁力线的偏振位置角曲线都一样,这为通过拟合射电偏振观测数据来分辨不同层的辐射,从而限定脉冲星辐射区部位提供了一条有用的途径.     

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.     

缓变动态Vaidya-Bonner黑洞的热辐射

利用Vaidya-Bonner黑洞视界附近熵的体密度和Reissner-Nordstr(o)m黑洞的辐射能通量,求得缓变动态Vaidya-Bonner黑洞视界附近的瞬时辐射能通量和瞬时辐射功率,发现缓变动态Vaidya-Bonner黑洞的热辐射满足广义StefanBoltzmann定律.利用热质点模型得到了距黑洞遥远的观测者接收到的辐射能通量与黑洞与观测者之间距离的平方成反比.当截断距离和薄膜厚度取定后,缓变动态Vaidya-Bonner黑洞视界附近标量场的瞬时辐射能通量和辐射功率不仅与黑洞的质量和电量有关,还与黑洞的视界变化率及薄层膜内辐射粒子的平均泄流速率有关,表明黑洞周围的引力场、电磁场以及视界的变化和辐射粒子种类均对黑洞的热辐射产生影响.     

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。     

Grumiller时空中的波动方程

研究背景时空对扰动的影响,是探索黑洞特征的最好方法,其关键是求解微扰粒子的波函数.本文利用Newman-Penrose形式,研究了Grumiller时空中各种无质量自旋粒子的波动方程,得到径向和角向Teukolsky型主方程,特别是,本文将径向主方程化为Heun方程,为研究Grumiller黑洞的微扰效应奠定了基础.     

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。     

一种基于泊松分布的提高X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的方法

论述了X射线脉冲星辐射模型和脉冲轮廓构造算法,提出了以Kullback-leibler距离函数作为评价标准,提高具有泊松分布规律的X射线脉冲星脉冲轮廓信噪比的平滑算法,推导了平滑参数和平滑累积脉冲轮廓的计算公式.搭建了X射线脉冲星导航地面模拟系统,实现了对模拟X射线脉冲星单光子到达时间的记录及X射线脉冲星脉冲轮廓的构造,得到了X射线脉冲到达时间TOA.在X射线脉冲星导航地面模拟系统上,对平滑算法进行了验证,结果表明该算法对于提高累积脉冲轮廓的信噪比效果显著,信噪比提高大于10dB.     

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.     

ECT自旋-引力场理论在黎曼背景时空下的表述和规范条件

ECT自旋-引力场理论(或称TFL自旋-引力场理论)是Einstein引力场理论在有挠弯曲时空中的推广理论,它消除了Einstein引力场理论与Dirac电子场理论之间的矛盾,其简化形式的ECT自旋-引力场理论有Einstein引力场理论极限,因此,它应是比Einstein引力场理论更加正确的引力理论.标准的ECT自旋-引力场理论认为自旋-引力场完全是一种有挠弯曲时空的几何结构,为了得到清晰的物理图像和对具体的引力问题进行分析,我们需要认为自旋-引力场也是一种在黎曼背景时空下的动力学场.本文将ECT自旋-引力场理论中的自旋-引力场看作是黎曼背景时空的几何结构及在黎曼背景时空下的动力学场的复合体,自旋-引力场在给定黎曼时空背景下的物理效应用动力学场描述.应用这种思想,我们建立了ECT自旋-引力场理论在黎曼背景时空下的表述,并且在黎曼背景下讨论了自旋场和引力场的规范条件.     

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.     

引力场中的电磁波

本文讨论了电磁波在引力场中的运动规律,计算了静态中心对称弱引力场中光线的偏折.并简要讨论了电磁波的黑洞等效应.     

Quintessence包围下黑洞的爱因斯坦引力场方程

本文首先阐述近年来有关黑洞的爱因斯坦引力场方程的研究概况及其意义。其次,介绍了静态球对称黑洞在计算其爱因斯坦引力场方程的理论基础和计算方法。文章最后,展示计算Quintessence包围下黑洞的爱因斯坦引力场方程得出的结果,并对结果进行讨论分析。     

关于脉冲星线偏振位置角与辐射几何研究的评述

脉冲星是快速自转的中子星,其射电辐射往往具有较高的偏振度.20世纪60年代末运用旋转矢量模型拟合线偏振位置角曲线的方法,从中能够得到脉冲星的2个重要辐射几何参数——磁倾角和视线碰撞角.这对研究脉冲星辐射、动力学和演化都非常有用.随后有许多工作研究了不同的物理和几何效应对旋转矢量模型的影响,其中利用光行差效应估算辐射高度的方法得到了广泛的应用.但是这些方法都有理论上的局限性,只适用于辐射高度较低的脉冲星.文章综述了从线偏振位置角中提取辐射几何和辐射区参数的方法,介绍了辐射几何在多个方面研究中的应用,并对前人研究方法中存在的问题以及未来发展方向进行了评述.