脉冲星的闪烁和散射课件.ppt

1、星际闪烁和散射星际闪烁和散射星际介质对信号传播的影响 星际介质分布在恒星和恒星之间，包括星际气体、星际尘埃、宇宙线与星际磁场。 星际介质对地球上所接受天体辐射信号的影响： 1. 色散展宽(DM) 2. 散射 3. 法拉第旋转(Faraday Rotation) 4. 星际闪烁(Scintillation) 由一定尺度上的介质非均匀性引起脉冲星星际介质的探针 脉冲星辐射是动态的信号：色散展宽，电子柱密度。 散射：导致轮廓展宽 脉冲星辐射具有偏振：法拉第旋转探测星际磁场分布。 脉冲星辐射被限制限制在很小的角径范围，近似点光源：星际闪烁。 1010log13.84.4logDM 2022-6-234

2、Pulsar Workshop, 2009, Beijng色色 散散散射散射导致脉冲轮廓展宽导致脉冲轮廓展宽21sB2022-6-235Pulsar Workshop, 2009, Beijng2022-6-236Pulsar Workshop, 2009, Beijng散射散射导致脉冲轮廓展宽导致脉冲轮廓展宽星际磁场引起的星际磁场引起的法拉第旋转旋转量法拉第旋转旋转量RMRM星际闪烁星际闪烁 2022-6-238Pulsar Workshop, 2009, Beijng经过薄屏后信号的经过薄屏后信号的相位相位和和幅度幅度的变化的变化展宽角径展宽角径散射展宽散射展宽2022-6-23Pulsa

3、r Workshop, 2009, Beijng912212deeDrna2d22248()seacBDn4sB薄屏模型可以较好地符合大部分观测现象薄屏模型可以较好地符合大部分观测现象星际闪烁星际闪烁 Apparent source diametersSDdd2dd2()ddDDd 1: 22()ddDdDDd2022-6-2310Pulsar Workshop, 2009, Beijng()xDdd星际介质在空间的分布星际介质在空间的分布 空间分布理论模型其中q=1/a为波数，湍流扰动尺度的倒数。 ：视线方向电子密度平均空间湍动强度。2( )enCz2( )( ) eennoiPqCz qk

4、qk（）818101/10mqm35=11/3：Kolmogorov谱谱 当当 4 时，陡谱模型陡谱模型 ( Bandford & Narayan 1985 ) 内尺度模型（内尺度模型（inner scale）(Coles et al. 1987)2022-6-2312Pulsar Workshop, 2009, Beijng星际介质在空间的分布星际介质在空间的分布 薄屏模型：不均匀区的典型大小为a，厚度为D，各处的折射率不同，是随机分布的，平均折射率接近于1。 厚屏模型：弥漫于脉冲星与观测者之间2022-6-2313Pulsar Workshop, 2009, Beijng散射理论：等效屏模

5、型散射理论：等效屏模型脉冲星星际闪烁 衍射式闪烁: Scheuer 1968; Rickett, 1969 星际介质小空间尺度:1081010 cm; 特征时标 ： 1/D 几分钟到几小时， 消相干带宽 : 1/D 100 KHz到几十MHz; dd 折射式闪烁：Sieber 1982; Rickett, 1984 星际介质大空间尺度:10121014 cm; 特征时标：几天到几月甚至年; D 1 长期流量变化 对衍射式闪烁的有关特征量例如特征时间，特征带宽，漂移模式等有调制作用。1)2/(1)2/(2sdVDt41)2/()3()6/()2(sdVDt5/115/22Dd)2/()2/(2D

6、d)6/()6/(8DdKolmogorov谱 (=11/3)：15/35/6sdVDt描述描述DISSDISS动态谱动态谱( (薄屏模型薄屏模型) ) Theory prediction of DISS parameters (Thin scattering screen model)Theory prediction of DISS parameters (Thin scattering screen model)2022-6-2316Pulsar Workshop, 2009, Beijng脉冲星的自行为主导脉冲星的自行为主导地球公转速度沿视线地球公转速度沿视线方向曲线变化方向曲线变化忽

7、略介质速度忽略介质速度V iss: Pulsar transverse velocities derived from diffractive scintillation spectra：Gupta (1994):18kpcd,MHzGHzd,sISSxDvVAvtkpcd,MHz4ISSGHzd,s3.85 10DVThin screen, SDdd2dd()1:xDdd2022-6-23Pulsar Workshop, 2009, Beijng1911355daD 221155dD12daD 42dD=4=11/3: Kolmogorov fluctuation spectrumu=sF/

8、sd : describe the scattering strengthsF is the Fresnel scale at the scattering disk at which the geometric phase difference is 1 radian compared to the direct path;sd is a scale at the observer at which the average phase changes is 1 radian. u1: strong scattering2Fddskd1/()kds2022-6-23Pulsar Worksho

9、p, 2009, Beijng21211 311 65 620 3GHzkpc,MHz0.002 m (Cordes, 1986)ndCD0.52(Bhat, 1999)Fddsus流量变化和调制指数流量变化和调制指数2022-6-2322Pulsar Workshop, 2009, Beijng/FmF2022-6-23Pulsar Workshop, 2009, Beijng23For nearby pulsars, the modulation is weak, and DISS will be main effect. For Kolmogorov spectrum, mu5/6 m

10、prediction !闪烁参数的互相关Cross correlationWang, N.; Yan, Z.; Manchetser, R. N. et al.: 2008, MNRAS, accepted二次谱Secondary Spectra,Two dimensional FFT of dynamic spectrumObserving the structure of central image !2022-6-23Pulsar Workshop, 2009, Beijng400.5ddcDddsrVtDlog()4logrdu3rsDdtdVKolmogorov Spectrum =

11、3.67折射式衍射特征时间2211( )( ) () ( )()( )MiDw i w in F iF iFNdd2rvtt: D( )/2rtTheory prediction:( )/2rmDStructure Function衍射式星际闪烁的参量TC93TC93模型模型Taylor & Cordes 1993NE2001NE2001模型模型Cordes & Lazio 2003 a,b 2022-6-2345Pulsar Workshop, 2009, Beijng闪烁和自行速度的相关性闪烁和自行速度的相关性Harrison & Lyne 1993Gupta 19952022-6-234

12、6Pulsar Workshop, 2009, Beijng Putney & Stinebring 20062022-6-2347Pulsar Workshop, 2009, Beijng2022-6-2348Pulsar Workshop, 2009, Beijng 脉冲星的自行速度 脉冲星闪烁速度 银河系星际电子密度模型kpcd,MHz4ISSGHzd,s3.85 10DVpmVD Putney & Stinebring 2006 据已知的脉冲星速度和距离得到的据已知的脉冲星速度和距离得到的脉冲星闪烁速度的期望值脉冲星闪烁速度的期望值。 Gupta 1995 Bogdanov et al

13、. 2002消相关带宽周年变化图消相关带宽周年变化图闪烁参数和闪烁速度的周年变化闪烁参数和闪烁速度的周年变化（星号是零星观测的的处理结果）（星号是零星观测的的处理结果） 闪烁时标周年变化闪烁速度随时间变化图闪烁速度随时间变化图(X=1)(X=1)1. 1. 一年观测得到的闪烁速度值为一年观测得到的闪烁速度值为656513 km/s (x=1)13 km/s (x=1)2. 2. 考虑到散射屏的位置，假设考虑到散射屏的位置，假设x x=2=2，取得到的速度，取得到的速度值为值为92921818 km/skm/s3. 3. 与自行速度一致（与自行速度一致（Wang et al. 2008Wang et al. 2008：90902 km/s 2 km/s 和和 Hobbs et al. 2005Hobbs et al. 2005：989811 km/s 11 km/s ）。）。