АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 91, № 8, с. 626-633
УДК 524.354.4-77
РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ RRAT-ПУЛЬСЛРОВ НА ЧАСТОТЕ 111 МГц
© 2014 г. Б. Я. Лосовский*, Д. В. Думский
Пущинская радиоастрономическая обсерватория им. В.В. Виткевича Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, г. Пущино Моск. обл., Россия Поступила в редакцию 17.10.2013 г.; принята в печать 23.12.2013 г.
В течение 2010—2012 гг. на радиотелескопе БСА Путинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН на частоте 111 МГц проведены наблюдения RRAT-пульсаров J0627+16, J0628+09, J1819-1458, J1826-1419, J1839-01, J1840-1419, J1846-0257, J1848-12, J1850+15, J1854+0306, J1919+06, J1913+1330, J1919+17, J1946+24, J2033+00, наблюдавшихся ранее на 64-м телескопе в Парксе (Австралия) и на 300-м радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико) на частоте 1400 МГц. Характерной особенностью этих пульсаров является спорадическое радиоизлучение в редкие активные моменты и отсутствие радиоизлучения в течение длительного времени. За время наблюдений в ПРАО заметной вспышечной активности указанных пульсаров обнаружено не было. Однако обработка наблюдений с помощью алгоритма быстрого суммирования с учетом известных данных о мере дисперсии и периоде пульсара показала, что даже в пассивные интервалы времени большинство исследовавшихся пульсаров генерируют слабые радиоимпульсы с периодом, соответствующим периоду радиоизлучения спорадических импульсов RRAT-пульсаров, наблюдаемых в активные моменты. Плотность потока этого радиоизлучения даже на низкой частоте 111 МГц в максимуме импульса не превышает 100 мЯн. Это значительно затрудняет регистрацию радиоизлучения RRAT-пульсаров на высоких частотах, так как плотность потока радиоизлучения RRAT-пульсаров уменьшается с ростом частоты.
DOI: 10.7868/S0004629914080039
1. ВВЕДЕНИЕ
В последнее время большое внимание в печати уделяется пульсарам c нестационарными характеристиками радиоизлучения [1]. К такому типу пульсаров относятся выключающиеся радиопульсары, у которых радиоизлучение наблюдается в течение определенного отрезка времени, значительно превышающего период вращения звезды, а затем резко падает (или пропадает вовсе) и не регистрируется в течение такого же или еще большего интервала времени. Например, PSR B1931+24 (J1933+2421) в течение 5—10 дней функционирует как обычный радиопульсар (активная фаза), а затем в течение 10 секунд выключается на 25—30 дней (пассивная фаза) [2]. К числу выключающихся радиопульсаров можно отнести и большую группу так называемых нуллинг-пульсаров, которые выключаются и включаются менее регулярно. Например, пульсар 1112+50 не наблюдается в течение 60% времени [3].
Отдельный класс составляют пульсары с переключением моды, в которых средний профиль
E-mail: blos@prao.ru
проявляется в двух и более различных видах (например, PSR B1822+09) [4, 5]. Предполагается, что выключающиеся радиопульсары это и есть пульсары с переключением моды, в которых после изменения моды происходит перераспределение токов в магнитосфере, меняется диаграмма направленности излучения и, как следствие, меняются направление излучения и интенсивность, которая может доходить до нуля, если диаграмма не направлена на наблюдателя. К числу выключающихся радиопульсаров можно отнести и группу нестационарных источников радиоизлучения — ра-диотранзиентов RRAT (Rotating Radio Transient), у которых сохраняется фаза следования вспышек и измерены соответствующие периоды, как у обычных радиопульсаров.
RRAT-пульсары были обнаружены при обработке результатов многолучевого обзора пульсаров в Парксе (Австралия) в период с января 1998 г. по февраль 2002 г. на частоте 1400 МГц. Были обнаружены 11 радиоисточников, для 10 из которых были измерены периоды [6]. Радиоисточники характеризовались одиночными всплесками длительностью от 2 до 30 мс. Средний интервал между всплесками составлял от 4 мин до 3 ч. Дополнительный анализ указанного обзора позволил обнаружить
еще 19 радиоисточников, увеличив таким образом их количество до 30 [7]. Поиск ННАТ-пульсаров в Аресибо на 1430 МГц (6 пульсаров) и Грин-Бэнке на частоте 350 МГц (34 пульсара) позволил увеличить их количество до 70, для 21 из которых определены период и его производная [8].
Первоначально предполагалось, что ННАТ-пульсары представляют ранее неизвестную удаленную популяцию нейтронных звезд. По мнению Лоримера [9], ННАТ-пульсары представляют собой не отдельный класс, а комбинацию различных типов нейтронных звезд. К числу последних относятся "радиотихие" слабые рентгеновские одиночные нейтронные звезды — источники XDINS и источники, обладающие импульсным рентгеновским излучением: SGR — источники с повторяющимся мягким гамма-излучением и АХР — аномальные рентгеновские пульсары. Предполагается, что магнитные поля SGR и АХР равны 1014—1016 Гс, что на 2—3 порядка выше, чем магнитные поля "нормальных" пульсаров. Поэтому им дали название "магнетары" [10]. На диаграмме "Период — производная периода" RRAT-пульсары располагаются между магнетарами и радиопульсарами [11]. Статистические исследования радиотран-зиентов показывают, что длительность всплесков составляет 1—30 мс, плотность потока в максимуме на 1.4 ГГц — 0.1—10 Ян, а характерное время излучения — в среднем всего 5 мин в течение года. Это говорит о трудности регистрации такого излучения на транзитных инструментах. Яркост-ные температуры равны 1022 —1023 К. Величины периодов заключены в интервале от 0.7 до 7 с. Учитывая спорадический характер излучения RRAT-пульсаров, можно оценить их количество: ^пплт = ^^ряк, где 7 = 1—3; это составляет от 1 до 3 раз от количества пульсаров МРзп [11].
Сравнение характеристик RRAT-пульсаров с нормальными пульсарами показывает, что первые обладают большими периодами и магнитными полями по сравнению с последними [12]. Все RRAT-пульсары расположены на расстоянии от Земли в несколько килопарсек и концентрируются по аналогии с пульсарами в плоскости Галактики с преимущественным направлением на ее центр [13]. Для объяснения природы активности RRAT предложено множество моделей: модель гигантских импульсов, изменение моды излучения, регенерация "мертвых" пульсаров, наличие астероидного или магнитосферного диска и др. [1, 14].
Настоящая работа первоначально была направлена на поиск радиоизлучения отдельных спорадических импульсов на частоте 111 МГц от RRAT-пульсаров, наблюдавшися, как упоминалось выше, на частотах 1400 и 350 МГц, за исключением пульсара PSR Л2225+35, наблюдавшегося
в ПРАО АКЦ ФИАН на частоте 111 МГц [15]. Однако уже предварительный анализ наблюдений за 2010—2012 гг. не позволил обнаружить какие-либо импульсы RRAT-пульсаров, хотя в целом ряде случаев были обнаружены всплески, в действительности оказавшиеся помехами. Оставался открытым вопрос о том, что происходит в промежутке между активными фазами пульсара — выключается ли пульсар полностью, или в этих промежутках времени присутствует слабое периодическое радиоизлучение, регистрация которого лимитируется недостаточной чувствительностью аппаратуры. Например, наблюдения пульсара PSR B0826-34 с помощью 64-м радиотелескопа в Парксе на частоте 1374 МГц показали, что плотность потока в пассивной фазе составляла лишь 2% от плотности в активной фазе. Наблюдения там же импульсов на частотах 1374, 606 и 408 МГц показали, что форма импульса меняется с частотой, причем в пассивной фазе на частоте 1374 МГц профиль похож на профиль в активной фазе на частоте 408 МГц [16]. Поэтому работа по поиску радиоизлучения RRAT-пульсаров на 111 МГц была направлена на попытку регистрации квазипериодических сигналов от RRAT-пульсара, находящегося в пассивной фазе.
2. НАБЛЮДЕНИЯ
Наблюдения пульсаров проводились в течение 2010, 2011 и 2012 гг. на радиотелескопе БСА Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН на частоте 111 МГц. Использовался новый 512-канальный цифровой приемник с полосой каналов 5 кГц, интервал считывания — от 0.2048 мс. Наблюдались индивидуальные импульсы с разрешением 2.5 мс. Принималась одна линейная поляризация.
Радиотелескоп БСА является меридиональным инструментом, и длительность наблюдения космического источника радиоизлучения определяется временем его прохождения через диаграмму направленности антенны, которое составляет около 5 мин. Каждый сеанс наблюдений осуществлялся с помощью программы, которая фиксировала начало наблюдений, временное разрешение, количество импульсов. Файл результата наблюдений в режиме индивидуальных импульсов состоял из заголовка и следующего за ним массива данных. Для временной привязки наблюдений использовались сигналы глобальной навигационной системы GPS (ГЛОНАС), принимаемые со спутников с точностью до 30 нс.
Нами проведены наблюдения RRAT-пульсаров PSR J0627+16, J0628+09, J1819-1458, J1826-1419, J1839-01, J1841-1419, J1846-0257, J1848-12, J1850+15, J1854+0306, J1909+06, J1913+ + 1330, J1919+17, J1946+24, J2033+00, наблюдавшихся на высоких частотах за рубежом, и
B0809+74
ЛОСОВСКИИ, ДУМСКИЙ B0834+06
й10
о
о
со
0
7500
5000
2500
0 1.25
5 4 3 2 1 0 -1 200
1200 1000 800 600 400 200
1 1
0 200 400
- jll 5.75
/| соссооос^ |i 1
1.30 B1112+50
2500 2000 1500 1000 500 0
250
1.275 B1237+25
к
о Ц
о ^
со"
400
600
1.250
8 6 4 2 0
0 100 200
12 10 8 6 4 2
0
400
300
200
100 1.300 1.05
20 -
B0943+10
0
1000
500
1.625 1.650 1.675 B1919+21
1.375
1.400
350
4000
3000
ii 2000 СО
1000
400 450 500
50
0
1.300 1.325 1.350 1.375
20000 15000 10000 5000 0
Номер точки в окне Период, с
100 200
1.10 B1508+55
300 100 30000
20000
10000
0
0.72 20
10
0L
150 200 250 300
0.74 B2217+47
0.76
100 150
0.52
0.54
0.56
Рис. 1. Результаты обработки опорных пульсаров. Для каждого пульсара приведены два графика. На верхнем графике показан импульс пульсара в условных единицах мощности (S) с произвольной фазой. По оси абсцисс отложены номера точек в окне. Расстояние между соседними точками соответствует временному разрешению 2.5 мс. На нижнем графике приведена полученная с помощью FFA-алгоритма зависимость параметра сигнал/шум (S/N) от величины перио
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.