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。

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 色 散 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 散射 导致脉冲轮廓展宽 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 散射 导致脉冲轮廓展宽 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

星际磁场引起的 法拉第旋转旋转量RM

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 星际闪烁 经过薄屏后信号的相位和幅度的变化 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 星际闪烁 展宽角径 散射展宽 薄屏模型可以较好地符合大部分观测现象 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Apparent source diameters D－d d 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

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。

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 星际介质在空间的分布 β=11/3：Kolmogorov谱 当β≥ 4 时，陡谱模型 ( Bandford & Narayan 1985 ) 内尺度模型（inner scale）(Coles et al. 1987) 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 散射理论：等效屏模型 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 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

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:108—1010 cm; 特征时标 ： ∝ 1/D ∝ ν 几分钟到几小时， 消相干带宽 : ∝ 1/D ∝ ν 100 KHz到几十MHz;

折射式闪烁：Sieber 1982; Rickett, 1984 星际介质大空间尺度:1012—1014 cm; 特征时标：几天到几月甚至年; ∝ D ∝1／ν 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。

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 描述DISS动态谱(薄屏模型) Theory prediction of DISS parameters (Thin scattering screen model) β<4 β>4 Kolmogorov谱 (β=11/3)： 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

V iss: Pulsar transverse velocities derived from diffractive scintillation spectra： 脉冲星的自行为主导 地球公转速度沿视线 方向曲线变化 忽略介质速度 曲线变化

Gupta (1994): Thin screen, S D－d d

Pulsar Workshop, 2009, Beijng =11/3: Kolmogorov fluctuation spectrum =4 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

u=sF/sd : describe the scattering strength sF 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. u<1: weak scattering u>1: strong scattering

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 流量变化和调制指数 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng For nearby pulsars, the modulation is weak, and DISS will be main effect. For Kolmogorov spectrum, mu5/6 → m<1 For larger DM, DISS effect is weaker, and m  DM-1. But RISS is stronger, with m  u-1/3. (u  D, so m  DM-1/3) 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Diffractive scintillation(DISS): short narrow Oral presentation at IAUC 182 Submitted to CJAA d : △d: Diffractive scintillation(DISS): short narrow Refractive scintillation(RISS): long wide

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 闪烁研究 五颗脉冲星在1540 MHz的长期星际闪烁监测 每9天观测一次，数据2001年1月2002年6月 积分2－6hr，子积分2－4min 被观测脉冲星： PSR B0329+54 PSR B1823+26 PSR B1929+10 PSR B2020+28 PSR B2021+51 Wang, N.; Manchester, R. N.; Johnston, S.; Rickett, Bet al.: 2005, MNRAS, 358, 270 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng PSR B0329+54 的动态谱 DM＝26.8 pc cm-3 D = 1.06 kpc 3 hr 的观测 结果： Δtd～10-30 min Δνd ～5-15 MHz 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

二维自相关分析 二维自相关 特征时间和特征频率

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 闪烁二维动态谱 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 二维自相关函数 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

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Modelling ACFs for PSR B0329+54 strong scattering thin disk Kolmogorov spectrum

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 闪烁参数与频率的依赖关系 a. Bhat, Rao & Gupta 1999 b. Gupta, Rickett & Lyne 1994 c. Stinebring, Fainon & Mckinnon 1996 d. Our results 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Daily Observations of Interstellar Scintillation in PSR B0329+54 Obs: Mar 12—31, 2004 Wang, N.; Yan, Z.; Manchetser, R. N. et al.: 2008, MNRAS

Daily Observations of Interstellar Scintillation in PSR B0329+54

调制系数 对于Kolmogorov 谱，调制系数的理论值

调制系数理论和观测的对比

Modulation indices Observed > prediction !!

闪烁参数的互相关 Cross correlation Wang, N.; Yan, Z.; Manchetser, R. N. et al.: 2008, MNRAS, accepted

二次谱 Secondary Spectra, Two dimensional FFT of dynamic spectrum Observing the structure of central image !

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Kolmogorov Spectrum β=3.67

折射式衍射特征时间 Theory prediction:

Structure Function

衍射式星际闪烁的参量

Pulsar Workshop, 2009, Beijng NE2001模型 Cordes & Lazio 2003 a,b TC93模型 Taylor & Cordes 1993 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 闪烁和自行速度的相关性 Gupta 1995 Harrison & Lyne 1993 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng Putney & Stinebring 2006 2019/4/9 Pulsar Workshop, 2009, Beijng

Pulsar Workshop, 2009, Beijng 2019/4/9 Pulsar 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

Putney & Stinebring 2006

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。 Gupta 1995 Bogdanov et al. 2002

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） 消相关带宽周年变化图

闪烁时标周年变化

闪烁速度随时间变化图(X=1)

一年观测得到的闪烁速度值为65±13 km/s (x=1) 考虑到散射屏的位置，假设x=2，取得到的速度值为92±18 km/s 与自行速度一致（Wang et al. 2008：90±2 km/s 和 Hobbs et al. 2005：98±11 km/s ）。