PSR J1016-5857的周期躍變分析

周世奇，張　潔，袁建平，馮中文，唐　棋，朱曉丹

(1.西華師范大學 物理與空間科學學院，四川 南充　637009；2.中國科學院 新疆天文臺，新疆 烏魯木齊　830001；3.中國科學院大學 天文與空間科學學院，北京　100049)

0　引　言

脈沖星是一種自轉(zhuǎn)快而穩(wěn)定的中子星。理論認為脈沖星的自轉(zhuǎn)會損失自轉(zhuǎn)能，逐漸導致自轉(zhuǎn)減慢。長時間的計時觀測發(fā)現(xiàn)脈沖星的自轉(zhuǎn)減慢率dP/dt通常在10-13～10-20s.s-1之間[1]，因此認為脈沖星的自轉(zhuǎn)仍然是相當穩(wěn)定的。其中，毫秒脈沖星(MSPs)PSR J0437-4715自轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，甚至超過了目前最好的原子鐘。但是，有一些脈沖星，特別是特征年齡小于105yr的脈沖星，自轉(zhuǎn)會表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，如Vela脈沖星和Crab脈沖星。

不穩(wěn)定性主要分為兩類：周期躍變(glitches)和計時噪聲(timing noise)。周期躍變表現(xiàn)為自轉(zhuǎn)周期短時間內(nèi)的大幅跳躍和躍變之后時間跨度為幾周到幾年不等的緩慢的恢復過程；而計時噪聲是指自轉(zhuǎn)周期小幅度的擾動。周期躍變，這種現(xiàn)象的發(fā)生比較隨機而且罕見。到目前為止，在2 613顆脈沖星當中僅發(fā)現(xiàn)168顆脈沖星總計482次周期躍變事件[2]。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)躍變主要是發(fā)生在年輕的脈沖星上，而對于年齡較老、自轉(zhuǎn)更穩(wěn)定的毫秒脈沖星而言，發(fā)生的幾率很小。躍變的幅度也是呈雙峰分布的，主要分布在10-6和10-9[3]。相反，計時噪聲是一種更為普遍的相對簡單的自轉(zhuǎn)減慢模型的位相漂移現(xiàn)象，并在Crab 和那些具有較大的周期導數(shù)的脈沖星中更為顯著。其特點是連續(xù)的，具有不可預測性，而其結(jié)構(gòu)特征也隨著觀測數(shù)據(jù)的增加而改變，對于長時期的觀測，大部分計時噪聲展現(xiàn)為準周期特征[4]。

目前，對于觸發(fā)兩類觀測上的不穩(wěn)定性的物理機制還未理解清楚。理論認為造成兩種不穩(wěn)定性的原因主要有兩種：一種是由于中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的相互作用引起；另外一種是由于中子星磁層結(jié)構(gòu)的改變[5]。無論是哪一類不穩(wěn)定性對于目前脈沖星領(lǐng)域的熱點研究，如驗證廣義相對論，尋找引力波和建立時間標準等都有深遠影響。本文利用澳大利亞64 m帕克斯對PSR J1016-5857的實測數(shù)據(jù)分析其周期躍變，并做了超流模型理論的討論。

1　數(shù)據(jù)來源與分析

PSR J1016-5857的數(shù)據(jù)來源于澳大利亞64 m帕克斯射電望遠鏡在2007年7月(MJD_54302)至2014年1月(MJD_56683)的實測數(shù)據(jù)，時間跨度為8.84 yr。我們從Parkes Pulsar Data Archive[6]獲取數(shù)據(jù)。對這顆脈沖星觀測的中心頻率為1 369 Hz，接收機的帶寬為256 Hz的多波束接收機，后端系統(tǒng)采用的是數(shù)字消色散系統(tǒng)PDFB1/2/3/4[3]。

對于脈沖星周期躍變的研究方法，是一種通過測量脈沖星輻射出的脈沖信號到達天線的時間(Time of Arrive，TOA)來研究問題的方法。通常需要把觀測到的脈沖信號到達天線的時間歸算到脈沖星輻射的時刻。但是實際數(shù)據(jù)處理中，我們更關(guān)心的是每次觀測得到的脈沖相位[1]。脈沖星的自轉(zhuǎn)頻率可以用泰勒級數(shù)來表示。因此，脈沖星的脈沖相位可以由下式給出[7]:

(1)

(2)

(3)

2　結(jié)果

表1　PSR J1016-5857的計時參數(shù)

注：括號為tempo2給出最后一位數(shù)的誤差

3　討　論

參考文獻：

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