脉冲星闪烁速度 致密天体与弥漫介质研究团组课件

星际闪烁和散射 Pulsar Workshop, Beijing, 2013.8.21 星际介质对信号传播的影响 星际介质分布在恒星和恒星之间，包括星际气 体、星际尘埃、宇宙射线与星际磁场。 星际介质对地球上所接受天体辐射信号的影响： 1. 色散展宽(DM) 2. 散射 3. 法拉第旋转(Faraday Rotation) 4. 星际闪烁(Scintillation) 由一定尺度上的介质非均匀性引起 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班2 脉冲星星际介质的探针 脉冲星辐射是动态的信号：色散展宽，电 子柱密度。 散射：导致轮廓展宽 脉冲星辐射具有偏振：法拉第旋转探测星 际磁场分布。 脉冲星辐射被限制在很小的角径范围，近 似点光源：星际闪烁。 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班3 色 散 脉冲星PSR B1933+16, DM：158.521(3) cm-3 pc 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班4 散射导致脉冲轮廓展宽 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班5 散 射 与 距 离 关 系 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班6 散射导致脉冲轮廓展宽 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班7 星际磁场引起的法拉第旋转量RM Yan et al. 2011, Ap Rickett, 1969 星际介质小空间尺度:1081010 cm; 特征时标 ： 1/D 几分钟到几小时， 消相干带宽 : 1/D 100 KHz到几十MHz; 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班14 折射式闪烁 Sieber 1982; Rickett, 1984 星际介质大空间尺度:10121014 cm; 特征时标：几天到几月甚至年; D 1 长期流量变化 对衍射式闪烁的有关特征量例如特征时间， 特征带宽，漂移模式等有调制作用。 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班15 4 Kolmogorov谱 (=11/3)： DISS关于闪烁参数的理论模型 描述DISS动态谱(薄屏模型) 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班16 脉冲星的自行为主导 地球公转速度沿视线 方向曲线变化 忽略介质速度 曲线变化 V iss: Pulsar transverse velocities derived from diffractive scintillation spectra： 脉冲星速度 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班17 Gupta (1994) Thin screen: 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班18 S Dd d Observable scintillation parameters =4 =11/3: Kolmogorov fluctuation spectrum 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班19 u=sF/sd : describe the scattering strength sF is the Fresnel scale at the scattering disk at which the geometric phase difference is 1 radian compared to the direct path; sd is a scale at the observer at which the average phase changes is 1 radian. u1: strong scattering scattering strength 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班20 Observable scintillation parameters 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班21 流量变化和调制指数 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班22 For nearby pulsars, the modulation is weak, and DISS will be main effect. For Kolmogorov spectrum, mu5/6 m prediction ! 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班33 Secondary Spectra, Two dimensional FFT of dynamic spectrum Observing the structure of central image ! 二次谱 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班34 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班35 Kolmogorov Spectrum =3.672013/8/212013脉冲星暑期讲习班36 Daily Observations of Interstellar Scintillation in PSR B0329+54 Obs: Mar 1231, 2004 Wang, N.; Yan, Z.; Manchetser, R. N. et al.: 2008, MNRAS 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班37 Variations of Scintillation Parameters 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班38 调制系数 对于Kolmogorov 谱，调制系数的理论值 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班39 调制系数理论和观测的对比 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班40 闪烁参数的互相关Cross correlation Wang, N.; Yan, Z.; Manchetser, R. N. et al.: 2008, MNRAS, accepted 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班41 折射式衍射特征时间 Theory prediction: 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班42 结构函数Structure Function 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班43 衍射式星际闪烁的参量 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班44 距离模型 TC93模型 （Taylor & Cordes 1993） NE2001模型 （Cordes & Lazio 2003 a,b） 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班45 闪烁和自行速度的相关性 Harrison & Lyne 1993 Gupta 1995 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班46 脉冲星速度周年变化 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班47 脉冲星速度计算 脉冲星的自行速度 脉冲星闪烁速度 银河系星际电子密度模型 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班48 散射屏的位置 Putney & Stinebring 2006 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班49 脉冲星闪烁速度 Gupta 1995 Bogdanov et al. 2002 据已知的脉冲星速度和距离得到的脉冲星闪烁速度的期望值。 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班50 消相关带宽周年变化 （星号是零星观测的的处理结果） 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班51 闪烁时标周年变化 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班52 闪烁速度随时间变化(X=1) 2013/8/212013脉冲星暑期讲习班53 闪烁速度与距离模型 一年观测得到的闪烁速度值为6513 km/s (x=1) 与Wang N. et al （2008） 获得的闪烁速度