АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 92, № 3, с. 212-219
УДК 524.354.4-77
РАДИОПУЛЬСАР ГЕМИНГА. НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
©2015 г. О. И. Малов*, В. М. Малофеев, Д. А. Теплых, С. В. Логвиненко
Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук, Москва, Россия Поступила в редакцию 25.06.2014 г.; принята в печать 09.07.2014 г.
Представлены новые доказательства обнаружения радиоизлучения источника Геминга на трех низких частотах. Наблюдения проводились на двух чувствительных транзитных радиотелескопах Пущинской радиоастрономической обсерватории в диапазоне 42—112 МГц. Были использованы три новых цифровых приемника для обнаружения импульсов и получения динамических спектров. Представлены примеры средних профилей и индивидуальных импульсов Геминги. Впервые приведены динамические спектры на трех частотах. Одновременные наблюдения на трех частотах позволили уточнить значение меры дисперсии.
DOI: 10.7868/Б000462991502005Х
1. ВВЕДЕНИЕ
Одна из близких нейтронных звезд Геминга — первый астрономический объект, обнаруженный по его гамма-излучению [1]. Позднее было найдено рентгеновское излучение от этого объекта [2], а также слабое оптическое излучение [3]. В 1992 г. в работах [4, 5] сообщалось об обнаружении когерентных пульсаций с периодом 237 мс в рентгеновском диапазоне и о пульсирующем гамма-излучении от этого объекта. Все попытки обнаружить радиоисточник или пульсар были безуспешными до 1997 г., когда три группы исследователей из Пущинской радиоастрономической обсерватории сообщили об обнаружении импульсного радиоизлучения от Геминги на частоте 102.5 МГц [6—8]. Впоследствии были предприняты многочисленные попытки обнаружить радиоизлучение Геминги на других радиочастотах, в том числе с использованием самых крупных радиотелескопов мира, но до сих пор только одна группа исследователей подтвердила обнаружение импульсного радиоизлучения на близкой частоте 103 МГц [9]. Недавно было обнаружено слабое непрерывное радиоизлучение на частоте48 ГГц [10].
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Наблюдения, результаты которых приводятся в данной работе, были выполнены на двух высокочувствительных транзитных радиотелескопах
E-mail: jedi@prao.ru
Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук в диапазоне 42—112 МГц. На частоте 111.5 МГц наблюдения проводились с использованием Большой сканирующей антенны (БСА), являющейся фазируемой решеткой, состоящей из 16 384 диполей и занимающей площадь около 7000 м2. Ее рабочая частота равна 111.5 ± ± 1.5 МГц. Эффективная площадь БСА составляет «30 000 м2. Этот телескоп является одним из самых чувствительных инструментов в метровом диапазоне длин волн. Продолжительность одной сессии наблюдений на этом инструменте составляет 3.5m/cos 5.
На более низких частотах наблюдения проводились на антенне Восток—Запад Диапазонного крестообразного радиотелескопа (В-З ДКР-1000). Эффективная площадь антенны В-З ДКР-1000 составляет «7000 м2, ее рабочие частоты лежат в диапазоне 30—110 МГц. Продолжительность одной сессии наблюдений на этом телескопе составляет 15m/cos 5.
Описываемые наблюдения были проведены с использованием набора цифровых многоканальных приемников, разработанных в ПРАО для пуль-сарных наблюдений. Эти приемники вошли в строй в 2006—2009 гг. Спектр сигнала рассчитывается с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье. Максимальное временное разрешение может достигать 0.2048 мс. Ширина рабочей
н 1.009
и
и 1.007
н
° 1.005
л
¡3 1.003
Э 1001
я
§ 0.999
1 0.997 К
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Время, отсч.
Время, отсч.
Рис. 1. Пример профиля импульса (вверху), полученного суммированием 36 выбранных групп импульсов с тройным периодом пульсара и динамического спектра Геминги (внизу) на частоте 111 МГц по наблюдениям 20.01.2012. Интегрирование было проведено в фазе 52 ± 3. По горизонтальной оси отложены отсчеты в пределах окна, равного тройному периоду пульсара. Временной интервал между отсчетами равен 7.5776 мс, а период пульсара равен 31.29 отсчета. Стрелками отмечены дисперсионные треки.
полосы частот составляет 2.5 МГц. Эта полоса при помощи быстрого фурье-анализа разделяется на 512 спектральных каналов с шириной одного канала, равной 4.88 кГц. В программах обработки данных реализованы несколько специальных методов удаления помех на базе ряда критериев для различения ложных импульсов от реальных сигналов (подробнее см. [11]).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
После публикаций в 1997-2000 гг. [6-8, 12], мы продолжали наблюдения Геминги на низких радиочастотах, надеясь обнаружить достаточно мощный сигнал, не оставляющий сомнений в наличии
импульсного радиоизлучения у этого объекта. О редких случаях обнаружения слабых импульсов мы не считали нужным сообщать. В начале 2012 г. при новых наблюдениях в Пущино было подтверждено наличие импульсов от радиопульсара Геминги на трех низких частотах. Наблюдения проводились в течение трех месяцев (январь—март 2012 г.) и состояли из нескольких серий.
Здесь в качестве примера приводятся результаты наблюдений в течение 3 дней (20, 21 января и 23 марта) — интегральные профили для выбранных групп импульсов на частотах 42, 60 и 111 МГц (рис. 1—3) и индивидуальные импульсы на частоте 111 МГц (рис. 4). Для проверки наличия слабого
и 524 -Ü2 522 -о 520-
д н о о И и я о и
н и S
к
И
н о
л н о о и и
S
и
н и
к
518 -516 -514512510 508
1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88
Фаза (три периода)
523522521 -520519 -518 -517516 -515 514 513 512
10 11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Фаза (один период)
Рис. 2. (а) — Пример профиля импульса Геминги на частоте 62 МГц, полученного суммированием 20 выбранных групп импульсов с тройным периодом пульсара по наблюдениям 20.02.2012. По горизонтальной оси отложены отсчеты в пределах окна, равного тройному периоду пульсара. (б) — Профиль, полученный сверткой окна, показанного на графике (а) в один период пульсара. По горизонтальной оси отложены отсчеты в пределах окна, равного периоду пульсара.
сигнала от пульсара и повышения надежности результатов мы выбирали наблюдательное окно, равное по времени 3 периодам пульсара с интервалом между соседними отсчетами, равным 7.5776 мс. В течение одной сессии наблюдений записывалось 280 или 841 групп (тройных периодов) для частот 111 и 42/62 МГц соответственно. Прямое сложение всех групп показало наличие слабого импульсного сигнала с отношением сигнал/шум (S/N) в некоторых случаях достигающим 5. Однако при использовании селективного метода выделения видимых импульсов [11] при обработке данных этих наблюдений, значение S/N достигало 10 и более (как видно в примерах, приведенных на рис. 1, 3). В этом случае суммировались все группы, где обнаруживались импульсы с S/N > 2 в выбранных фазах.
Средний профиль для 36 выделенных групп представлен на рис. 1 (график вверху). Здесь интегрирование проводилось в выделенной фазе 52 ± ± 3, но при этом можно увидеть два других, более слабых импульса в районе фаз 21 и 83. Все три импульса отстоят друг от друга на период
пульсара, равный 31.29 временных отсчетов. Этот факт является прямым доказательством наличия периодического импульсного излучения Геминги.
Следующим методом было суммирование групп импульсов, в которых соотношение S/N было больше 2 в суммарных профилях, свернутых в окно, равное одному периоду пульсара, как показано на рис. 2б. После этого проводилась обратная развертка суммы выбранных таким образом групп импульсов в окно, равное тройному периоду пульсара. Как видно из примеров, приведенных на рис. 2а и 3а, в окне присутствуют 3 импульса, отстоящих друг от друга ровно на период пульсара. Таким образом, оба описанных выше метода интегрирования выбранных групп демонстрируют наличие периодического радиоизлучения от Геминги на низких частотах.
Геминга показывает долговременные вариации радиоизлучения, которые могут являться причиной отсутствия регистрируемого сигнала в течение нескольких месяцев [12] или даже лет. Наблюдения в феврале не дали положительных результатов, однако в конце марта нам вновь удалось заре-
к
и
и н
о
hfl н о о и и я о и
н и S
1.0051.0041.0031.0021.001 -1.0000.9990.998-
"1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 Время, отсч.
470 п-
194-
102
56-|
100
378-1
I332
св
а 286
е
| 240
,
н о н
J§ 148
18
27
36
45 54 Время, отсч.
63
72
81
90
8
Рис. 3. Пример профиля импульса (вверху), полученного суммированием 23 выбранных групп импульсов с тройным периодом пульсара и динамического спектра Геминги (внизу) на частоте 42 МГц по наблюдениям 21.01.2012. Стрелками отмечены дисперсионные треки. Серые горизонтальные полосы соответствуют каналам, исключенным из обработки при чистке помех.
гистрировать радиоизлучение Геминги на частоте 62 МГц.
На рис. 5 и 6 показаны профили импульсов и динамические спектры Геминги по наблюдениям 23.03.2012. В этот день отношение S/N превышало 3 в 58 группах импульсов, записанных в окне, равном тройному периоду пульсара. Интегральный профиль, полученный суммированием этих групп импульсов и динамический спектр приведены на рис. 5. На рис. 6 приведен интегральный профиль, полученный селекцией групп импульсов, дававших отношение S/N > 3 в фазе 10 ± 3. Мы видим, что внутри окна также присутствуют два профиля в районе фаз 41 и 72, фактически отстоящих друг от друга на период пульсара, также как в случае, приведенном на рис. 1 для частоты наблюдения 111 МГц. На рис. 5а и рис. 6 (график вверху) на
отсчетах 88—91 наблюдается импульс, вызванный аппаратным эффектом.
Очень важным моментом для подтверждения истинности сигнала пульсара является наличие дисперсии сигнала, связанной с прохождением излучения через межзвез
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.