УДК 524.354.4
СВОЙСТВА ГИГАНТСКИХ ИМПУЛЬСОВ ОТ ПУЛЬСАРА В КРАБОВИДНОЙ ТУМАННОСТИ, ИЗМЕРЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ Maгk5A
© 2011 г. В. И.Журавлев1, М. В. Попов1, В. И. Кондратьев2,3,1, Ю. Ю. Ковалев14, Ф. Гиго4, В. А. Согласнов1
1 Астрокосмический центр Учреждения Российской академии наук Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
2 Институт радиоастрономии, Двингелоо, Нидерланды 3 Йоркский университет, Торонто, Канада 4 Национальная радиоастрономическая обсерватория, Грин Бэнк, США Поступила в редакцию 12.12.2010 г.; принята в печать 13.01.2011 г.
На 100-м радиотелескопе GBT обсерватории НРАО Грин Бэнк проведен сеанс наблюдений радиоизлучения пульсара в Крабовидной туманности на частоте 2100 МГц в полосе 64 МГц в двух каналах с правой и левой круговой поляризацией с использованием системы регистрации Mark5A. За 15 минут наблюдательного времени обнаружено 609 гигантских импульсов, самый яркий из которых имеет пиковую плотность потока 670 кЯн. Построено распределение по энергиям, проанализированы поляризационные свойства и выделены характерные временные и частотные масштабы в радиоизлучении обнаруженных гигантских импульсов. В результате сравнения этих параметров было показано, что свойства гигантских импульсов, обнаруженных на долготах главного импульса, не отличаются от свойств гигантских импульсов, обнаруженных на долготах интеримпульса, в противовес тому что наблюдается на частотах выше 4 ГГц. Обсуждаются возможные причины частотной эволюции свойств гигантских импульсов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Пульсар в Крабовидной туманности (В0531+21) демонстрирует удивительную эволюцию формы
среднего профиля с частотой. Картина этой эволюции была впервые представлена в работе Моффета и Хэнкинса [1]. Самым неожиданным в этой картине является появление новых широких компонентов среднего профиля на долготах между интеримпульсом и главным импульсом на частотах выше 4 ГГц. Эта частота служит также границей, на которой исчезает сам интеримпульс, появляясь вновь на более высоких частотах со смещением примерно на 10° к более ранним долготам среднего профиля. Таких изменений не происходит с главным импульсом среднего профиля, если не обращать внимание на постепенное уменьшение амплитуды с увеличением частоты, так что на частотах выше 5 ГГц главный импульс оказывается уже слабее интеримпульса.
Следует заметить, что радиоизлучение пульсара в Крабовидной туманности на долготах главного импульса и интеримпульса состоит целиком из гигантских импульсов (ГИ); такое заключение было
сделано Поповым и др. [2] на основе сопоставления средних профилей, полученных только по ГИ с полными средними профилями. Хэнкинс и Эйлек [3] обнаружили коренное различие в виде радиоспектров ГИ, принадлежащих главному импульсу и интеримпульсу, — а именно, оказалось, что ГИ интеримпульса имеют полосатые спектры с характерной шириной спектральных полос Аи/и к к 0.06. Они также обратили внимание на заметное различие в форме ГИ, принадлежащих главному импульсу и интеримпульсу, — а именно, ГИ, наблюдавшиеся на долготах главного импульса, демонстрировали сложную форму с присутствием неразрешенных сильных пиков, в то время как интеримпульсные ГИ всегда выглядели как плавные бесструктурные шумовые всплески примерно равной длительности в несколько микросекунд. Эти выводы были подтверждены в работе Еснера и др. [4], в которой исследовались свойства ГИ от пульсара в Крабовидной туманности на частотах 8.5 и 15.1 ГГц с наносекундным временным разрешением. Кроме упомянутых выше различий, Еснер и др. [4] обнаружили у ГИ интеримпульса и ГИ главного импульса разные поляризационные свой-
Таблица 1. Значения порогов обнаружения ГИ для разной длительности усреднения сигнала
Число точек а Число точек а Число точек а Число точек а
1 11.0 17 7.2 101 6.2 751 5.0
3 10.0 25 7.2 151 6.2 1225 4.8
5 8.8 37 6.8 225 5.6
7 8.4 45 6.8 337 5.4
11 8.0 67 6.4 501 5.2
ства: ГИ главного импульса имели разнообразные значения степени поляризации (как круговой, так и линейной) с произвольными значениями позиционного угла плоскости линейной поляризации, а интеримпульсные ГИ всегда демонстрировали высокую степень линейной поляризации примерно с одним и тем же позиционным углом.
В данной работе мы проведем сравнение свойств ГИ, обнаруженных на долготах главного импульса и на долготах интеримпульса по наблюдениям, выполненным на частоте 2100 МГц на 100-м радиотелескопе НРАО в Грин Бэнке. Эта частота находится ниже переломной частоты (^3— 4 ГГц). В первом разделе будут описаны кратко конфигурация приемной и регистрирующей аппаратуры и методика додетекторной компенсации влияния дисперсии радиоволн в межзвездной плазме на форму принимаемых импульсов пульсара. Во втором разделе мы представим результаты анализа формы, спектра и поляризации обнаруженных ГИ. В последнем разделе обсуждаются возможные причины, обусловливающие наблюдаемые явления в поведении ГИ от пульсара в Крабовидной туманности.
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Наблюдения проводились в феврале 2005 г. на 100-м радиотелескопе в обсерватории Грин Бэнк в порядке испытаний возможности использования системы регистрации Maгk5A для анализа формы индивидуальных импульсов пульсаров с высоким временным разрешением. Одним из объектов этих тестовых наблюдений и служил пульсар в Крабо-видной туманности, радиоизлучение которого регистрировалось в течение 15 мин в двух каналах с круговой поляризацией (RCP и LCP) в моде "512-8-2", которая обеспечивала запись на частоте Найквиста с четырехуровневой оцифровкой в четырех частотных каналах (для каждой поляризации) с шириной полосы 16 МГц на каждый
частотный канал. Таким образом, в каждом поляризационном канале был реализован следующий частотный план: 2052—2068 МГц — нижняя боковая полоса (LSB), 2068—2084 МГц — верхняя боковая полоса(USв), 2084-2100 МГц - нижняя боковая полоса (LSB), 2100-2116 МГц — верхняя боковая полоса(USB). Технические подробности, касающиеся этого тестового эксперимента, описаны в специальном отчете Ковалевым и др. [5].
Обработка данных начиналась с их декодирования программой "mk5decode", составленной В.И. Кондратьевым (см. отчет [5]). Эта программа формировала временную последовательность отсчетов по каждому каналу в сooтветствии с использованной кодировкой VLBA (—3, —1, +1 ,+3). Далее к такому оцифрованному сигналу применялась процедура коррекции, основанная на анализе текущей статистики отсчетов, и предложенная первоначально в работе Жанет и Андерсона [6]. Такая коррекция играет существенную роль именно при регистрации импульсов пульсаров, когда с приходом импульса нарушается условие оптимальной дискретизации между значениями 1 и 3, которая должна производиться по уровню, равному средне-квадратическому значению вариаций сигнала (сигма).
Основная часть первичной обработки данных состоит в применении метода додетекторной компенсации дисперсии, впервые предложенного Хэн-кинсом [7]. Некоторые подробности применения этого метода изложены в работах [4, 8, 9]. Компенсация дисперсии проводилась в каждом частотном канале отдельно. Этим обеспечивалось временное разрешение 62.5 нс. Одновременно с компенсацией дисперсии мы осуществляли временной сдвиг сигнала в каждом канале к частоте самого высокочастотного канала (2100 МГц) для удобства дальнейшего анализа(например, суммирование сигнала по всем каналам). Такой сдвиг осуществлялся введением соответствующего линейного члена в расчет фазы корректирующей функции [8]. Для увеличения чувствительности поиск ГИ проводился в сигнале, просуммированном по всем частотным и поляризационным каналам. Кроме того, осуществлялось дополнительное временное усреднение с некоторым набором временных интервалов с целью выделения наряду с очень короткими ГИ также и протяженных импульсов.
Так как заранее ширина искомого ГИ не известна, мы использовали 17 вариантов пробного усреднения. Длительности пробных интервалов усреднения и значения соответствующих порогов обнаружения даются в табл. 1. Эти пороги были рассчитаны из условия вероятности ложного срабатывания на уровне 0.025. За 15 мин наблюдений было обнаружено 544 ГИ, лежащих в узком интервале долгот главного импульса, и 65 ГИ - в
СВОЙСТВА ГИГАНТСКИХ ИМПУЛЬСОВ
789
Таблица 2. Амплитуда и полуширина для трех временных масштабов на четырех частотных интервалах от 0 до 48 МГц. (Приводятся только статистические ошибки аппроксимации)
Главный импульс Интеримпульс
Параметр Av, МГц
0 16 32 48 0
Аи Ю-3 78.2 ± 1.7 43.1 ± 1.5 44.3 ± 1.4 29.9 ±2.2 49.6 ± 2.4
А2, Ю-3 79.1 ±0.9 57.1 ± 1.3 51.2 ± 1.2 58.4 ±2.0 48.5 ± 1.8
Ю-3 35.3 ±0.5 31.6 ± 0.8 29.8 ± 1.4 28.0 ± 1.2 17.5 ±0.8
т\, мкс 0.062 ±0.014 0.20 ±0.05 0.18 ±0.04 0.17 ±0.06 0.059 ± 0.020
Т2, МКС 0.46 ±0.07 0.55 ±0.11 0.57 ±0.12 0.50 ±0.12 0.27 ±0.07
тз, мкс 2.44 ±0.39 2.34 ±0.71 2.55 ±0.96 2.36 ±0.89 1.30 ±0.36
области долгот интеримпульса. Анализ шумовых участков записи вне долгот главного импульса и интеримпульса показал возможное присутствие в нашей выборке ложных обнаружений общим числом, не превышающим 10. Такие ложные срабатывания должны принадлежать к диапазону самых слабых импульсов, и они находятся вне области проведения дальнейшего анализа.
Основной вклад в системную эквивалентную плотность потока (СЭПП) в наших наблюдениях дает Крабовидная туманность. Плотность потока радиоизлучения Крабовидной туманности можно оценить по формуле Sf = 955/-0-27, заимствованной нами из публикации Кордеса и др. [10]. В приведенной формуле / — частота, выраженная в ГГц, и для нашей частоты 2.1 ГГц получаем значение Sf = 785 Ян. На частоте 2.1 ГГц диаграмма направленности радиотелескопа GBT, равная 5.8', полностью покрывает Крабовидную туманность, поэтому следует учитывать весь поток от туманности. Собственная шумовая температура системы на частоте 2.1 ГГц составляет 20 К, что соответствует величине СЭПП »10 Ян для направления в зенит. Таким образом, в последующих оценках интенсивности ГИ мы приняли для суммарного значения СЭПП величину 800 Ян.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Результаты нашего анализа будут пред
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.