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脉冲轮廓、偏振和辐射束

脉冲轮廓、偏振和辐射束. 脉冲轮廓的多种形态 射电辐射束几何模型 射电辐射束大小和形状 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 脉冲轮廓随频率的变化 脉冲轮廓的偏振特征 脉冲轮廓的偏振：正交模式 年轻脉冲星和毫秒脉冲星：轮廓和偏振. E 为电矢量 H 为磁场 C 为传播方向. X. Y. Electric field. Magnetic field. 自然光（ natural light) 与传播方向垂直的各方向上光振动振幅均值相等。. 线偏振 : 振动矢量限于某特定方向 ; 偏振面 : E 振动方向和传播方向组成的面.

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脉冲轮廓、偏振和辐射束

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Presentation Transcript

  1. 脉冲轮廓、偏振和辐射束 • 脉冲轮廓的多种形态 • 射电辐射束几何模型 • 射电辐射束大小和形状 • 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 • 脉冲轮廓随频率的变化 • 脉冲轮廓的偏振特征 • 脉冲轮廓的偏振：正交模式 • 年轻脉冲星和毫秒脉冲星：轮廓和偏振

  2. E为电矢量 H 为磁场 C 为传播方向 X Y Electric field Magnetic field 自然光（natural light) 与传播方向垂直的各方向上光振动振幅均值相等。

  3. 线偏振: 振动矢量限于某特定方向; 偏振面: E振动方向和传播方向组成的面. I1= I0/2 输出光强最大 I2= I0/2 I0 输出光强为零 I0 I1= I0/2 I2=0

  4. Linearly, Circularly, or Elliptically Polarized Light • (a) Linearly Polarized Light Oriented along the x axis Oriented along the y axis Orientation of 45o from the x axis Orientation of 30ofrom the x axis Fig. Presentation of linearlypolarized with various orientations

  5. Circularly Polarized Light Orthogonal components with equal amplitudes & 90o relative phase shift Clockwise Fig. Presentation of right circularlypolarized with various orientations

  6. Elliptical polarization • Linear + circular polarization = elliptical polarization

  7. Proof of eq 1 <pf> # Proof of eq 2 <pf> #

  8. Stokes Parameters … (1) • Elements of the Stokes Vector … (2) , where … (3) … (4) rcp In this case: Time-independent electric vector

  9. Stokes parameters The Stokes parameters can be arranged in a Stokes vector: • Linear polarization • Circular polarization • Fully polarized light • Partially polarized light • Unpolarized light

  10. 脉冲轮廓、偏振和辐射束 • 脉冲轮廓的多种形态 • 射电辐射束几何模型 • 射电辐射束大小和形状 • 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 • 脉冲轮廓随频率的变化 • 脉冲轮廓的偏振特征 • 脉冲轮廓的偏振：正交模式 • 年轻脉冲星和毫秒脉冲星：轮廓和偏振

  11. 脉冲轮廓的多种形态

  12. 脉冲轮廓的多种形态：总结 • 多个周期的脉冲累加平均 • 平均轮廓非常稳定 • 每颗脉冲星有自己的轮廓 • 轮廓之外没有辐射 • 一般比较窄：10→20° • 少数有“中间脉冲”-180° • 多个成分：1, 2, 3, 4, 5, 偶尔15个！ Manchester & Han (2004, ApJ)

  13. 不同成分：源于何处？辐射束亮度不均匀 c a d e 脉冲星的辐射束模型 • Komesaroff (1970)+Backer (1976): Cone + Core：1,2,3 peaks! • Rankin (1993): Core + cone + outer cone: 1,2,3,4,5 peaks! • Lyne & Machester (1998): Patchy beam: any number of peaks! abcde 乔老师画的Rankin的模型 Rankin自己画的辐射束模型: Patchy beam!

  14. Cone-Core模型和patch模型

  15. 转轴 W 磁轴 辐射束几何 天球面

  16. Observer Angle

  17. Lyne & Manchester 1998 W Kramer et al. 1998 Kramer et al. (1998) 脉冲整体宽度W与辐射束ρ • W与α和β以及ρ有关！ • ρ与周期 P 有关: 转轴 Gould 1994, Rankin 1990, Rankin 1993, Kramer et al. 1994, Gil et al. 1993 磁轴 天球面

  18. 脉冲星辐射束的形状 • Beam是长的！ • Narayan & Vivekenand (1983) 16 PSR偏振：β和脉冲宽度： • Beam基本是圆的！ • Lyne & Manchester (1988) • Gil & Han (1996)：242 脉冲宽度统计 • Bjornsson (1998)：统计ρ理论关系比率 • Beam是扁的：理论考虑！ • Biggs (1990)：极冠区应该随α扁一点 • Qiao et al. (2004)： • 环Gap随α扁一点

  19. J1637-4553 J0905-5127 Manchester & Han (2004, ApJ) 中间脉冲(Interpulse)和宽脉冲(W>90°) • 中间脉冲： ~2% slow pulsars (27/1487) • α~> 90°：视线切过两极的辐射束 • 宽脉冲：谁可以测量一下? • α~> 0°：视线主要在单辐射束里

  20. Han & Manchester (2001, MNRAS) 脉冲星辐射束结构研究 如果知道许多脉冲星的β，将它们的轮廓组合在一起，可以将脉冲星辐射束的亮度分布重新构造出来！ Composite beam!

  21. 脉冲轮廓的成分：高斯拟合 Kramer 1994 Phillips & Wolsczcan (1992)

  22. 脉冲轮廓多个成分的Cone-Core理解Gangadhara & Gupta (2001, ApJ)

  23. W50随频率的演化

  24. 脉冲轮廓随频率变化: Radius-Frequency mapping Thorsett 1991 Phillips & Wolsczcan (1992) • Pulse width generally increases with decreasing frequency. • Consistent with ‘magnetic-pole’ model for pulse emission. • Lower frequencies are emitted at higher altitudes.

  25. 脉冲轮廓随频率变化 Crab

  26. 脉冲轮廓的偏振特征：观测 Lyne & Manchester (1988) P.A. Stokes I Linear Stokes V

  27. 脉冲轮廓的偏振特征：S 曲线 α β Rotating Vector model: Radhakrishnan & Cooke (1969) Vela Pulsar

  28. 脉冲轮廓的偏振特征：圆偏振 Han et al. (1998, MNRAS) ; You & Han (2006, ChJAA) 收集大量数据, 推翻了Radhakrishnan & Rankin (1989) 关于的脉冲星圆偏振规律的结论。我们 推翻：圆偏振发生在辐射束中心！ 推翻：轮廓中心圆偏振旋向变化与 线偏振角度变化相关！ 发现：边缘的圆偏振旋向与偏振角变化相关 发现：圆偏振不随频率变，个别强度旋向变 发现：个别脉冲星圆偏振非常强！

  29. W50 W50 W50，cone W50，core Core和Conal辐射的特点 Core • 位于辐射束的中心部位 • PA变化率大 • 经常伴随圆偏振的旋向翻转 • 有人发现 Conal • 位于辐射束的边缘部位 • 经常呈现单一的圆偏振旋向 • 线偏振可能相对强一些 • 有人发现 注意： 1.反过来不成立！ 2. Hollow core?

  30. 脉冲轮廓的偏振特征：观测 Han et al. (2009, ApJS)

  31. 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式 Stinebring et al. (1984)

  32. 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式

  33. 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式

  34. Core与cone相对位移可以产生PA jumps

  35. 脉冲星偏振随频率变化应该小心轮廓成分随频率演化！脉冲星偏振随频率变化应该小心轮廓成分随频率演化！ • 线偏振： 取决脉冲成分 • 圆偏振：一般只有少数成分有圆偏振！ Xilouris et al. (1996, A&A) von Hoensbroech et al. (1996, A&A)

  36. 脉冲星偏振随频率变化 Han et al. (1998, MNRAS); You & Han (2006, ChJAA) 圆偏振：

  37. 年轻脉冲星 • 至少一个成分有非常强 （几乎100%）的线偏振！ • HiP~Edot相关 Manchester, Han & Qiao (1998) PSR B0740-28

  38. PSR B1259-63 年轻脉冲星 • 至少一个成分有非常强 （几乎100%）的线偏振！ • HiP~Edot相关(1.4GHz) PSR B0740-28

  39. Crewford et al. (2001, AJ) 1.4 GHz von Hoensbroech et al. 1998, A&A 4.9GHz HiP~Edot相关 Han et al. (2009, ApJS) 774 MHz 408MHz

  40. 1.424GHz 4.885GHz Crab脉冲星的偏振

  41. Crab脉冲星光学偏振

  42. 毫秒脉冲星：轮廓、偏振 毫秒脉冲星和正常脉冲星 轮廓形态无异

  43. 毫秒脉冲星：轮廓、偏振 • 脉冲轮廓宽一些，成分比较多一些 • 谁再统计一下？ • 偏振角曲线比较平坦：不好求α和β！ • 线偏振、圆偏振比正常脉冲星不特别！ • 有强线偏振、强圆偏振、PA正交跳变… • 毫秒脉冲星偏振观测基本参考文献： • Xilouris et al. (1998)+ Kramer et al. (1999, ApJ) • Stairs et al. (1999) • Manchester & Han (2004, ApJ) • Ord et al. (2004, MNRAS) • Han et al. (2009, ApJS)

  44. PSR J0437-4715的偏振轮廓 Navarro et al. (1997) • Binary MSP： • P = 5.75 ms • Pb = 5.74 d • 至少7个峰！ • PA曲线复杂 • PA有正交跳变 (Pulse truncated at 20% of peak) 1433 MHz Linear Qiao et al. (2002)建议: ICS模型产生： Core+ cone+ outer_cone+ Outer_outer_cone! Circular 极冠内的多成分+磁层传播效应

  45. 毫秒脉冲星的偏振轮廓观测 Han et al. (2009, ApJS) Manchester & Han (2004 ApJ) Ord et al. (2004 MNRAS)

  46. 毫秒脉冲星的偏振轮廓观测 α~90°;β~0° Ord et al. (2004 MNRAS) Stair et al. (1999, ApJS) Manchester & Han (2004 ApJ)

  47. 结束语 • 脉冲轮廓和偏振：理解脉冲星辐射的基本数据 • 大量的观测数据尚未仔细挖掘 • 更多更精细的观测可以限定更好的脉冲星辐射参数 谢谢

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