用脉冲星的脉冲序号复现坐标时方法

为实现包括地球和地球以外的时间统一,需要运用相对时间观的两种时间来替代目前时间计量体系中的标准时间,这两种时间分别是:原时和坐标时,其中坐标时可溯源到脉冲星时间基准上。为构建简单的本地轨道参数历表,阐明分层嵌套的空间包含关系,形成时间相对统一的观点。从计量角度,提出了一种脉冲星复现坐标时的理论,运用相对时间观中的时间和空间不可分割观点,归纳了统一时间的广域坐标系所必须具备的基本特征,强调了原点观者的特殊性,提出了基于原点观者的脉冲星脉冲序号和初始历元的定义方法。首先,把一组脉冲星的脉冲序号约定为坐标时基准,用来复现坐标时,约定一组脉冲星的脉冲周期为固定的常数数组,约定后不再测定,常数的单位仍是国际单位制[秒],常数可理解为脉冲序号的坐标时间隔与[秒]之间换算的系数。然后,基于平面电磁波模型,把脉冲星的脉冲电磁波经过原点的时刻与脉冲序号一一对应,于是原点观者的坐标时与连续的脉冲序号成为线性函数关系,最后,分析了脉冲星稳定特点,给出了以一组序号为变量的脉冲星集合稳定性判据。

Crab脉冲星巨脉冲辐射等待时间分布的非稳态泊松模拟

利用中国科学院新疆天文台南山观测站26m射电望远镜,在中心频率1556MHz,对Crab脉冲星(PSR B0531+21)进行了长达12.6h的连续观测,观测带宽为512MHz,时间分辨率为32μs,研究了巨脉冲辐射的等待时间分布特征.观测共探测到2097个信噪比大于10的巨脉冲,对应的流量密度大于100Jy.巨脉冲的爆发率表现为高度的间歇性,在较短的时间内具有较高的爆发率,在相对长的宁静期内巨脉冲的爆发率较低,尤其是中间脉冲相位内的巨脉冲爆发.相邻两个巨脉冲的等待时间分布表现为幂律分布特征,可以用一个非稳态的泊松过程进行模拟,这表明巨脉冲的爆发是一种独立的随机事件.此外,主脉冲和中间脉冲相位上的巨脉冲具有不同的等待时间分布特征,这意味着脉冲星不同磁极的巨脉冲辐射机制可能是不同的.这些观测结果对于理解脉冲星的射电辐射机制具有重要意义.

基于文献分析脉冲星搜寻及应用研究进展

脉冲星在天体演化、物理学、计时、深空自主导航、引力波探测等领域均有重要的学术和应用价值,脉冲星搜寻及其应用也成为了当前天文界热点研究之一。为了更好地探究脉冲星搜寻及其应用领域的研究现状和未来发展趋势,在Web of Science(WOS)数据库筛选出有关脉冲星搜寻及应用的964篇文献,在阅读核心文献的基础上,采用数据分析和可视化方法进行深入探讨。结果表明,脉冲星搜寻及应用领域的研究经历了初始探索阶段和稳健发展阶段,目前进入蓬勃增长阶段。该领域各国之间密切合作,形成了三大主要的研究群体。脉冲星搜寻及其应用研究在未来将产生如直接探测引力波、深空自主导航等重要科研价值和实际应用结果,将进一步丰富和多元化脉冲星的研究领域。

脉冲星PSRJ1224−6407的偏振、频谱和到达时间的研究

使用澳大利亚帕克斯射电望远镜对PSR J1224−6407进行了3个波段的研究,观测数据的时间跨度约10 a.3个波段观测中心频率分别为732、1369 MHz和3100 MHz.将测量得到的流量密度与文献中的频谱数据相结合,得出脉冲星的频谱特性.用简单的幂律谱模型对频谱进行了拟合,得到谱指数为−1.45.用PSRCHIVE软件得到3个频率下平均脉冲轮廓和偏振观测结果,脉冲总强度、圆偏振、线偏振和偏振位置角曲线随频率表现出了不同的变化.在1.4 GHz的频率下,分析了脉冲星的计时残差,更新了脉冲星的位置、自转周期和周期导数等基本参数.

年轻脉冲星周期-磁场分类及演化

年轻脉冲星多处于超新星遗迹(Supernova Remnant,SNR)中,其分为转动供能脉冲星(Rotation-powered SNR-PSR)、磁星(Magnetar)和中心致密天体(Central Compact Object,CCO),这3类年轻脉冲星有着不同的自旋周期及磁场强度分布.其中,遗迹磁星(SNR-Magnetar)的平均自旋周期比转动供能遗迹脉冲星大近一个量级,平均磁场强度高近两个量级.同时,中心致密天体比转动供能遗迹脉冲星的平均磁场强度低近两个量级.这3类年轻脉冲星不同的物理性质,可能源于其不同的前身星或不同的超新星爆发过程,也可能源于其中子星诞生后的不同演化过程.此外,转动供能遗迹脉冲星比年轻的转动供能非遗迹脉冲星具有更快的平均自旋周期、更大的平均磁场强度和更短的平均特征年龄.这暗示新诞生的中子星经时间约为10^(5)-10^(6)yr的演化过程,其自旋速度将减小近一半,同时其磁场强度也将衰减近一半.

超新星遗迹和脉冲星风云的X射线偏振成像

年轻超新星遗迹和脉冲星风云中的高能粒子可以通过同步辐射产生X射线。对该辐射的偏振测量有助于揭示粒子加速区磁场的性质,进而研究粒子加速的机制。首颗X射线偏振成像卫星于2021年底发射升空,已揭示了数个年轻超新星遗迹和脉冲星风云的X射线偏振图像。观测显示,仙后A和第谷超新星遗迹的偏振度较低,平均值分别约为2.5%和9%;而蟹状星云和船帆脉冲星风云的偏振度较高,平均值分别约为20%和45%。结果表明脉冲星风云的磁场较为有序,而两个年轻超新星遗迹的粒子加速区磁场是高度湍动的,且激波附近的磁场结构呈现径向分布。未来,随着对IXPE的使用越来越广泛,以及与我国建设中的增强型X射线时变与偏振探测器(eXTP)等更多望远镜投入使用,以上两类天体的磁场构型和粒子加速模型将得到进一步的限定。

预训练模型在脉冲星候选体筛选中的应用研究

预训练模型逐渐成为一种工具并应用于各种下游任务。其中,由于各望远镜位置、使用数字后端、处理技术以及周围干扰环境的不同,脉冲星候选体筛选需使用极端不平衡的数据从头训练并设计深度学习模型,存在流程复杂、时效性差、难度大的问题。针对上述问题,基于ImageNet数据集预训练模型,对比分析其在脉冲星数据集的表现,并比较其Precision、Recall、F1-Score。首先,使用LogME方法评估各模型在脉冲星数据集的可迁移性;其次,使用后端融合的方式融合频率-相位图和时间-相位图的2种特征;最后,使用逐层解冻的方式微调对比可迁移性评分高的14个模型。结果表明,预训练方式所需资源少、收敛速度快,能应用于脉冲星筛选任务,在需要更进一步提升模型效果时,也可以考虑这些模型作为基础模块用于提取特征。

“中国天眼”发现新脉冲星数量突破900颗

据中国科学院国家天文台4月17日发布的消息,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)目前已发现超900颗新脉冲星,其中包括至少120颗双星脉冲星、170颗毫秒脉冲星、80颗暗弱的偶发脉冲星。

基于MARK5B+DSPSR的基带数字脉冲星观测系统

云南天文台射电天文研究团组采用40 m射电望远镜以及数字基带转换器(Digital Base Band Conveter,DBBC)数据采集终端、Mark5B记录系统和DSPSR(The Digital Signal Processing for Pulsars)软件包实现对脉冲星观测数据的相干消色散处理的脉冲星观测系统。该系统对PSR J0835-4510和PSR J0332+5434进行观测,采用DSPSR软件包对脉冲星观测处理,还可以生成PSRFITS格式的数据。观测频段选用S波段右旋圆极化信号,分别实现了2通道总带宽为4 MHz、4通道总带宽为16 MHz、8通道总带宽为128 MHz的观测和数据处理。构建以DSPSR为数据处理核心的脉冲星观测系统,比DBBC+Mark5B的观测系统在数据处理方法、运算效率和观测数据的通用性方面具有更好的优越性。

基于麻雀优化量子压缩感知的脉冲星定位定速方法

针对量子-压缩感知的X射线脉冲星定位定速方法(QuantumbasedCS,QCS)量子测量矩阵尺寸过大,从而导致运行时间长的问题,提出了一种基于麻雀优化压缩感知方法(Sparrow SearchAlgorithmoptimizedQuantumCS,SSAQCS),并将其应用于脉冲星定位定速。利用麻雀优化算法对QCS中构成量子测量母矩阵的各子矩阵进行优化选择。其中,每只麻雀的位置对应一种子矩阵组合,将QCS的定位定速误差联合起来作为麻雀算法的适应度函数值,经过多次迭代得到行数少、性能优的量子测量矩阵。仿真结果表明:与QCS相比,SSA-QCS定位定速精度高、运行时间短,可实现高精度实时的X射线脉冲星定位定速联合估计。

仅利用Crab脉冲星的径向/横向测距方法

针对传统脉冲星测距方法无法在脉冲星横向上定位这一问题,提出了仅使用Crab脉冲星的径向/横向测距方法,从理论上证明了基于脉冲星畸变轮廓的横向测距方法的可行性。除脉冲星到达时间外,该方法测量了脉冲星横面上的可观测方向,即可观测横向方向(OTD)上的位置误差。首先,利用循环互相关法求解脉冲星径向上的脉冲星到达时间;然后,建立横向位置误差下的脉冲星轮廓畸变度模型,并据此确定OTD;最后,利用卡方法求出OTD上的位置误差。实验结果表明,径向/OTD测距法具有实时、高精度等优点,仅利用Crab脉冲星就能在两个方向上实现定位,其径向和OTD上的定位精度分别约为30 m和300 m,计算时间约为1分钟。与传统三颗脉冲星定位方法相比,径向/OTD测距法在仅有两颗脉冲星的情况下三维定位精度提升了17%。

脉冲星PSR 1951+32的γ辐射

对欧洲γ天文卫星COS-B数据的分析表明,从PSR 1951+32方向来的30—5000MeVγ光子到达时间具有显著的周期位相结构。我们用相关分析方法研究了该脉冲星附近天区γ光子强度的空间分布,求出100MeV和300MeV能量处脉冲星γ射线的积分流强:F(E>100MeV)=4.1×10^(-7)ph·cm^(+2)·s^(-1),F(E>300MeV)=8×10^(-8)·ph·cm^(-2)·s^(-1)。PSR1951+32方向的γ光子大部分为周期性成分,并且集中在一个相当窄的相位区域内。

X射线脉冲星计时导航应用模式与空间试验进展

结合国家导航体系发展与工程应用迫切需求,主要讨论了X射线脉冲星计时导航的应用模式,并介绍了国内外空间试验进展。总结了脉冲星计时地基射电与空间X射线观测的特点和发展现状,阐释了脉冲星时研究与发展的重要意义;总结并归纳了X射线脉冲星导航的应用特点和现有水平,讨论了X射线脉冲星导航的技术优势和典型应用场景;总结了国内外X射线脉冲星计时导航的空间试验进展。根据国内外的空间试验结果,脉冲星时稳定度可达10^(-14)量级,脉冲星导航精度可达到km量级,初步具备在轨应用价值。因此,加快推进国内脉冲星计时导航技术的在轨演示验证与工程应用具有重要意义。

脉冲星时与原子时联合时间尺度建立初步研究

原子时具有较高的短期稳定度,基于毫秒脉冲星自转建立的脉冲星时具有较高的长期稳定度,两者融合可构建长短稳优势兼具的时间尺度。本文通过经典加权平均算法,初步构建一个脉冲星与原子钟融合的联合时间尺度(composite time scale,CT)。基于国际权度局(BIPM)公布的TA(NTSC)-TAI原子时数据,并选取国际脉冲星计时阵(IPTA)公布的计时精度最高的4颗脉冲星,通过并列加权法和分类加权法这两种组合方式得到CT。结果表明并列加权法得到的CT相对于各脉冲星时在10年以内的稳定度改善明显,4~10年内稳定度与稳定度较高的脉冲星J0437-4715接近。分类加权法得到的CT对比并列加权的稳定度结果在采样区间两极优势明显,0.26年达到5.1×10^(-15),16.8年达到1.0×10^(-15),其中4颗星相比2颗星得到的CT于5.2年后稳定度有显著提高,且分类加权法得到的CT相对于TAI偏差更小,时间尺度更平稳。综上说明原子钟组的短稳特性可以对脉冲星钟组的短期噪声进行抑制,同时脉冲星时可提高联合时间尺度CT的长期稳定度。

基于实测数据的脉冲星时自主保持精度分析

脉冲星钟模型保持方法和脉冲星时自主保持精度是决定脉冲星时应用精度的关键。根据地球时TT发布的特点以及脉冲星自转稳定特点,提出基于滑动累积窗口的脉冲星钟模型保持方法。首先利用IPTA第2批发布的2颗脉冲星观测数据开展钟模型保持精度分析,在13年以上的时间窗口内2颗源的自转频率测量值相对于平均值波动幅度在10^(-13)Hz之内,且随着时间窗口累积增加钟参数测量精度单调提高;其次,利用观测数据分析钟模型在滑动预报下的脉冲星时自主保持精度和稳定度,J0437-4715在13.58年内自主保持的脉冲星时与TT(BIPM15)偏差的RMS(root mean square)为0.454μs,长期(13.58年)稳定度为1.77×10^(-15),J1713+0747在17.46年内保持的脉冲星时与TT(BIPM15)偏差为2.471μs,长期(17.46年)稳定度为6.62×10^(-17),相对于最佳保持脉冲星时的精度分别降低24%和0.16%,但提升了短期(<1年)稳定度,长期稳定度略有恶化。

脉冲星导航试验卫星空间计时数据的初步分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray pulsar-based navigation-1,XPNAV-1)是我国首颗致力于探索X射线脉冲星导航技术的空间试验平台,已在轨运行七年多,获得大批观测数据,本文收集了该卫星三年多的空间观测数据,开展了一些有益的技术探索.首先处理分析了卫星对Crab脉冲星观测数据,得到Crab脉冲星的每轨、每天和总脉冲轮廓,结果表明,在时间维度上脉冲轮廓是稳定的,与国内外观测结果一致性较好;其次得到Crab脉冲星不同能段脉冲轮廓,分析了脉冲轮廓随能量变化特征;在能量维度上,得到了Crab脉冲星在不同脉冲相位区间的能谱,发现能谱与相位区间的脉冲强度成正比,表明我国自主研制的聚焦型X射线探测器具备良好的技术状态,也实现了卫星精确地“看得见”脉冲星的试验目标.最后利用XPNAV-1卫星的三天观测数据,实现基于最小二乘算法的脉冲星导航试验解算,得到卫星轨道确定精度约为56.93 km,分析发现XPNAV-1星对Crab脉冲星观测误差和初始轨道误差对当前导航解算精度影响较大.

中国脉冲星观测研究的发展历程

我国从1990年开始进行脉冲星的观测实验。从无到有、从落后到追赶和超越,持续发展了30多年。从1990年15米口径射电望远镜,发展到2016年世界最大口径的“中国天眼”,观测能力从微不足道发展到雄踞世界第一。1967年发现脉冲星轰动世界。发现者之一的休伊什获得1974年诺贝尔物理学奖。随后脉冲星的观测研究成为国际最热门的研究领域之一。当时我国天文界无人问津,直到1976年才有关于脉冲星的研究论文发表,而脉冲星的观测研究一直处于空白状态。

脉冲星计时数据的处理理论与方法研究

脉冲星是高速旋转且自转频率极其稳定的中子星,它们的位置坐标可精确测定,犹如恒星星表一样构成一种高精度惯性参考系;它们辐射的X射线脉冲信号具有高稳定周期和高稳态轮廓特性,部分毫秒脉冲星自转频率长期稳定度优于地面原子钟,因此能够为飞行器深空航行提供良好的时间和空间参考基准,提升航天器大范围长航时的自主导航能力和在轨自主运行能力,提高我国控制空间的本领。

基于PSR模型的城市河流湿地生态健康评价——以苏州市姑苏区为例

城市河流湿地的生态健康是城市生态可持续的重要基础。本研究以苏州市姑苏区河流湿地为研究对象,运用层次分析法与模糊综合评价法评价其河流湿地健康状况。结果表明:苏州市姑苏区河流湿地的生态健康状况处于“中等”等级,接近“亚健康”状态;准则层的排序权重为状态层指标>压力层指标>响应层指标,说明状态层指标能直观反映河流湿地的健康状态,其状态层的综合健康指数为0.658;各河段健康状态与其所对应的城市流域所承受的压力存在着密切联系,城市的建设强度和植被覆盖率因素对姑苏区河流湿地的健康状态具有显著影响。

和PSR 0355+54相关联的脉冲星喷流存在的证据

从ＲＯＳＡＴＰＳＰＣ观测数据中我们发现了与ＰＳＲ０３５５＋５４相关联的脉冲星Ｘ射线喷流存在的证据．这是一个与脉冲星自行方向相反的长度为１２′的近似线性的辐射特征．假设喷流具有与ＰＳＲ０３５５＋５４相同的距离和星际吸收，而其能谱是谱指数为－０５的幂律谱，可导出喷流的光度为２４８±０８３×１０２４Ｊ／ｓ．喷流中的平均磁场约为７９×１０－９Ｔ，典型的电子能量为２１×１０７ＭｅＶ．