УДК 524.354.4-77-56
ОБНАРУЖЕНИЕ РЕГУЛЯРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ И МОМЕНТОВ ПРИХОДА ИМПУЛЬСОВ АНОМАЛЬНОГО
ПУЛЬСАРА В0943+10
(© 2014 г. С. А. Сулейманова, А. Е. Родин*
Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Пущино Московской. обл., Россия Поступила в редакцию 31.03.2014 г.; принята в печать 21.05.2014 г.
Проведено хронометрирование аномального пульсара В0943+10 за период наблюдений 2007—2013 гг. на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 112 МГц. Определены его астрометрические и вращательные параметры на эпоху МЛЭ=56500. Обнаружены значительные отклонения моментов прихода импульсов от предвычисленных значений с характерным периодом в несколько лет, вызванные присутствием низкочастотного коррелированного шума во вращательной фазе пульсара. В рамках планетной модели эти отклонения могут быть объяснены наличием у пульсара двух спутников. Определены их орбитальные параметры. Обнаружено непрерывное увеличение долготы максимума импульса в окне излучения, его ширины и интенсивности после каждого переключения во вспышечную моду. В совокупности с ранее обнаруженными изменениями формы, степени линейной поляризации импульса и скорости дрейфа индивидуальных импульсов этот результат означает, что все основные характеристики радиоизлучения в В-моде являются нестабильными. Это отличает РБН В0943+10 от всех других "переключающихся" пульсаров. Причины наблюдаемых свойств этого пульсара следует искать во взаимодействии его протяженной магнитосферы с окружающей средой.
DOI: 10.7868/80004629914110061
1. ВВЕДЕНИЕ
Пульсар В0943+10 был впервые обнаружен в Пущинской радиоастрономической обсерватории Физического института им. П.Н. Лебедева РАН 2 декабря 1968 г. на частоте 90 МГц [1]. Первые исследователи этого пульсара сразу отметили "вспышечный" характер его радиоизлучения [2]. Позднее эти вспышки были идентифицированы как В-мода (Burst mode) режима излучения пульсара, при котором наблюдается двухкомпонентная форма среднего импульса и возникает дрейф субимпульсов [3]. Альтернативная Q-мода (Quiescent mode) характеризуется пониженной интенсивностью и отсутствием дрейфа субимпульсов. Профили интенсивности усредненных импульсов для двух мод пульсара В0943+10 на частоте 112 МГц показаны на рис. 1. Впервые эффект "переключения мод" (mode switching phenomenon) был обнаружен у нескольких пульсаров в начале 70-х гг. Он проявляется в том, что эти пульсары имеют не один, а два режима излучения с отличающимися свойствами наблюдаемых импульсов. Все основные характеристики импульсов для данной моды
E-mail: rodin@prao.ru
сохраняются во времени. Переключения между режимами (модами) происходят внезапно (в течение одного оборота звезды) и случайно во времени.
Особенностью пульсара В0943+10 является то, что после скачкообразного переключения во вспышечную моду с двухкомпонентным средним импульсом происходит регулярное изменение в соотношении амплитуд компонент, степени линейной поляризации импульса и скорости дрейфа субимпульсов в окне излучения, которое длится от десятков минут до нескольких часов. Впервые этот эффект был обнаружен при наблюдениях на частоте 327 МГц в Обсерватории Аресибо [4, 5].
Со времени своего первого обнаружения и до настоящего времени пульсар В0943+10 остается одним из наиболее исследуемых пульсаров в диапазоне от 40 до 400 МГц — в первую очередь, на радиотелескопах метровых длин волн Пущинской радиоастрономической обсерватории.
Недавние наблюдения этого пульсара одновременно на космической обсерватории ХММ-Ые^оп и наземных радиотелескопах GMRT и LOFAR показали вариации рентгеновского потока, коррелирующие с модальными вариациями в радиодиапазоне [6]. Это открытие повлекло за собой
СУЛЕИМАНОВА, РОДИН Интенсивность, отн. ед.
20 -
10 -
350
400 450
Время, мс
500
Рис. 1. Профили интенсивности пульсара В0943+10 в двух модах на частоте 112 МГц: (жирная линия — В-мода, штриховая линия — Q-мода. По оси абсцисс — время от начала записи.
0
новую волну интереса к данному объекту. Параметры вращения пульсара В0943+10 определялись ранее неоднократно различными авторами [7— 9] для разных эпох. В данной работе мы не только определяем эти параметры на новую эпоху, но используем их для обнаружения систематических изменений моментов прихода импульсов (МПИ) в зависимости от фазы развития вспышечной B-моды этого пульсара и обнаружения долговременных квазипериодических вариаций в МПИ. В предыдущих работах по таймингу, в которых упоминался пульсар В0943+10 [7—9], квазипериодические вариации обнаружены не были. Кроме того, в отличие от работ других авторов мы обеспечиваем более частое заполнение данными семилетнего интервала наблюдений.
2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Период мониторинга пульсара B0943+10, о котором идет речь в данной работе, охватывает временной интервал 2007—2013 гг. Наблюдения проводились на радиотелескопе БСА ФИАН. Ширина диаграммы направленности радиотелескопа составляет 3.5' х cos 5, где 5 — склонение радиоисточника. За это время регистрируется 194 индивидуальных импульсов пульсара В0943+10. Для
приема использовался цифровой пульсарный приемник ЦПП БСА. Ширина рабочей полосы цифрового приемника составляет 2.5 МГц и с помощью БПФ (быстрого преобразования Фурье) она разбивается на 512 спектральных каналов с шириной каждого канала 4.88 кГц. Реально в обработке использовались каналы 10—470 в полосе 2.245 МГц с компенсацией запаздывания сигнала, связанного с частотной дисперсией в межзвездной среде, к частоте 111.88 МГц, соответствующей 470-му каналу; далее в тексте она будут упоминаться как частота 112 МГц.
Алгоритм работы приемников в основных режимах следующий. В предвычисленные моменты времени, определяемые временем начала сеанса и периодом пульсара, запускается процесс формирования спектров сигнала. Спектр сигнала вычисляется с помощью аппаратно-реализованного 1024-точечного процессора БПФ. Смежные по времени спектры могут суммироваться заданное количество раз в соответствии с параметром, называемом временным разрешением. Минимальное временное разрешение (время набора 1024 отсчетов аналого-цифрового преобразователя)составляет 0.2048 мс. После каждого импульса запуска, синхронного с периодом пульсара, формируется заданное количество таких суммарных спектров. В режиме получения суммарного профиля интенсивности пульсара в
Таблица 1. Эфемериды и параметры вращения пульсара В0943+10 (J0946+0951)
Параметр Значение
PSR J0946+0951
RAJ, ч:мин:с 09:46:07.76(2)
DECJ, ч:мин:с 09:52:00.0(9)
v, с-1 0.910988959173(9)
v, с -2.94737(9) х 10"15
РЕРОСН 56500
RANGE 54150-56613
DM, пк/см3 15.4
СКО, мс 1.5
ЕРНЕМ DE405
PMRA, мсек.дуги/год -38
PMDEC, мсек.дуги/год -21
приемнике после каждого импульса запуска производится суммирование спектров. В альтернативном режиме регистрации индивидуальных импульсов все сформированные спектры регистрируются на жестком диске компьютера. Этот режим использовался в наблюдениях пульсара В0943+10 в тех случаях, когда стояла задача измерений скорости дрейфа субимпульсов. Таким образом, после компенсации дисперсионной задержки по частоте в каждом режиме наблюдений формируется и записывается на жесткий диск либо один суммарный для всего сеанса наблюдений импульс, либо 194 индивидуальных импульса.
Узкая полоса каналов приемника позволяет уменьшить влияние уширения импульсов в полосе приема из-за дисперсионного запаздывания. На частоте 112 МГц полное временное смещение импульса в полосе одного канала при мере дисперсии 15.4 пк/см3 равно 0.47 мс и, следовательно, влиянием уширения в полосе приема на форму импульса можно пренебречь. Временное разрешение в разные сезоны наблюдений изменялось в пределах от 1.0 до 2.8672 мс в зависимости от параллельных наблюдательных задач.
Радиоизлучение пульсара В0943+10 на метровых волнах характеризуется высокой линейной поляризацией [5]. Для пульсара В0943+10 с мерой вращения, равной 15 ± 1 рад/м2, значение периода фарадеевской модуляции равно 1.6 МГц на частоте 112 МГц, что сопоставимо с общей полосой регистрации 2.245 МГц. При усреднении в этой полосе амплитуда импульсов соответствует полной интенсивности. Изменение соотношения компонент
импульса из-за влияния поляризации не должно превышать 10%.
Внутренняя шкала времени приемников использует в качестве опорной частоты сигнал с частотой 5 МГц, поступающий от GPS-приемника. Абсолютное значение времени внутренней шкалы устанавливается по коду времени, получаемому NTP (Network Time Pгotocol)-клиентом компьютера, в который встроены цифровые приемники, и производится аппаратная синхронизация счетчиков шкалы по переднему фронту сигнала 1 Гц от GPS-приемника. Таким образом, точность временной привязки приемника к времени UTC соответствует точности ведения времени GPS-приемника и составляет ±30 нс. Подробнее аппаратура и методика наблюдений представлены в работе [10].
Для хронометрирования пульсара было решено использовать только импульсы, соответствующие В-моде, по причине их высокой интенсивности и четко выраженному максимуму интенсивности каждого из компонентов среднего импульса. Эти качества импульсов В-моды были необходимы для обнаружения в остаточных уклонениях МПИ эффектов, связанных со смещением в окне излучения долготы максимума доминирующего компонента в течение вспышки.
Топоцентрические МПИ определялись путем кросс-корреляции суммарных за сеанс профилей пульсара с эталонным профилем (шаблоном). Шаблон формировался из самих наблюдений как взвешенное среднее для 87 импульсов с высоким отношением сигнал/шум. Так как форма импульса в течение жизни В-моды непрерывно и значительно изменяется, для пульсара В0943+10 невозможно использовать универсальный шаблон. Это приводило бы к дополнительным вариациям МПИ. Поэтому было решено исключить из шаблона второй компонент. В тех редких случаях, когда в текущем импульсе доминировал второй компонент (А2/А1 > 1), МПИ корректировался с учетом временного расстояния между компонентами для данного сеанса наблюдений.
Вычисление барицентрических МПИ, определение ос
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.