脉冲轮廓、偏振和辐射束 脉冲轮廓的多种形态 射电辐射束几何模型 射电辐射束大小和形状 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 脉冲轮廓随频率的变化

Presentation on theme: "脉冲轮廓、偏振和辐射束 脉冲轮廓的多种形态 射电辐射束几何模型 射电辐射束大小和形状 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 脉冲轮廓随频率的变化"— Presentation transcript:

1 脉冲轮廓、偏振和辐射束 脉冲轮廓的多种形态 射电辐射束几何模型 射电辐射束大小和形状 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 脉冲轮廓随频率的变化
脉冲轮廓的偏振特征 脉冲轮廓的偏振：正交模式 年轻脉冲星和毫秒脉冲星：轮廓和偏振

2 自然光（natural light) C 为传播方向 与传播方向垂直的各方向上光振动振幅均值相等。 X Y E 为电矢量 H 为磁场
Electric field Magnetic field 自然光（natural light) 与传播方向垂直的各方向上光振动振幅均值相等。 X Y

3 线偏振: 振动矢量限于某特定方向; 偏振面: E振动方向和传播方向组成的面. 输出光强最大 输出光强为零 I1= I0/2 I2= I0/2

4 Linearly, Circularly, or Elliptically Polarized Light
(a) Linearly Polarized Light Oriented along the x axis Oriented along the y axis Orientation of 45o from the x axis Orientation of 30o from the x axis Fig. Presentation of linearly polarized with various orientations

5 Circularly Polarized Light
Orthogonal components with equal amplitudes & 90o relative phase shift Clockwise Fig. Presentation of right circularly polarized with various orientations

6 Elliptical polarization
Linear + circular polarization = elliptical polarization

7 Proof of eq 1 <pf> # Proof of eq 2 <pf> #

8 Stokes Parameters Elements of the Stokes Vector … (1) … (2) , where
… (3) … (4) rcp In this case: Time-independent electric vector

9 Stokes parameters The Stokes parameters can be arranged in a Stokes vector: Linear polarization Circular polarization Fully polarized light Partially polarized light Unpolarized light

10 脉冲轮廓、偏振和辐射束 脉冲轮廓的多种形态 射电辐射束几何模型 射电辐射束大小和形状 脉冲轮廓的拟合与成分间隔 脉冲轮廓随频率的变化
脉冲轮廓的偏振特征 脉冲轮廓的偏振：正交模式 年轻脉冲星和毫秒脉冲星：轮廓和偏振

11 脉冲轮廓的多种形态

12 脉冲轮廓的多种形态：总结 多个周期的脉冲累加平均 平均轮廓非常稳定 每颗脉冲星有自己的轮廓 轮廓之外没有辐射 一般比较窄：10→20°
少数有“中间脉冲” -180° 多个成分：1, 2, 3, 4, 5, 偶尔15个！ Manchester & Han (2004, ApJ)

13 Rankin自己画的辐射束模型: Patchy beam!
不同成分：源于何处？ 辐射束亮度不均匀 脉冲星的辐射束模型 Komesaroff (1970)+Backer (1976): Cone + Core：1,2,3 peaks! Rankin (1993): Core + cone + outer cone: 1,2,3,4,5 peaks! Lyne & Machester (1998): Patchy beam: any number of peaks! abcde e d c a 乔老师画的Rankin的模型 Rankin自己画的辐射束模型: Patchy beam!

14 Cone-Core模型和patch模型

15 辐射束几何 转轴 磁轴 W 天球面

16 Observer Angle

17 脉冲整体宽度W与辐射束ρ W与α和β以及ρ有关！ ρ与周期 P 有关: W 转轴 磁轴 天球面 Lyne & Manchester 1998
Gould 1994, Rankin 1990, Rankin 1993, Kramer et al. 1994, Gil et al. 1993 磁轴 Kramer et al. 1998 Kramer et al. (1998) Lyne & Manchester 1998 天球面

18 脉冲星辐射束的形状 Beam是长的！ Beam基本是圆的！ Beam是扁的：理论考虑！ 环Gap随α扁一点
Narayan & Vivekenand (1983) 16 PSR 偏振：β和脉冲宽度： Beam基本是圆的！ Lyne & Manchester (1988) Gil & Han (1996)：242 脉冲宽度统计 Bjornsson (1998)：统计ρ理论关系比率 Beam是扁的：理论考虑！ Biggs (1990)：极冠区应该随α扁一点 Qiao et al. (2004)： 环Gap随α扁一点

19 中间脉冲(Interpulse)和宽脉冲(W>90°)
中间脉冲： ~2% slow pulsars (27/1487) α~> 90°：视线切过两极的辐射束 宽脉冲：谁可以测量一下? α~> 0°：视线主要在单辐射束里 J J Manchester & Han (2004, ApJ)

20 如果知道许多脉冲星的β，将它们的轮廓组合在一起，可以将脉冲星辐射束的亮度分布重新构造出来！
脉冲星辐射束结构研究 Han & Manchester (2001, MNRAS) 如果知道许多脉冲星的β，将它们的轮廓组合在一起，可以将脉冲星辐射束的亮度分布重新构造出来！ Composite beam!

21 脉冲轮廓的成分：高斯拟合 Kramer 1994 Phillips & Wolsczcan (1992)

22 脉冲轮廓多个成分的Cone-Core理解 Gangadhara & Gupta (2001, ApJ)

23 W50随频率的演化

24 脉冲轮廓随频率变化: Radius-Frequency mapping
Thorsett 1991 Phillips & Wolsczcan (1992) Pulse width generally increases with decreasing frequency. Consistent with ‘magnetic-pole’ model for pulse emission. Lower frequencies are emitted at higher altitudes.

25 脉冲轮廓随频率变化 Crab

26 脉冲轮廓的偏振特征：观测 Lyne & Manchester (1988) P.A. Stokes I Linear Stokes V

27 脉冲轮廓的偏振特征：S 曲线 Rotating Vector model: Radhakrishnan & Cooke (1969) α
Vela Pulsar β α

28 Han et al. (1998, MNRAS) ; You & Han (2006, ChJAA)
脉冲轮廓的偏振特征：圆偏振 Han et al. (1998, MNRAS) ; You & Han (2006, ChJAA) 收集大量数据, 推翻了Radhakrishnan & Rankin (1989) 关于的脉冲星圆偏振规律的结论。我们 推翻：圆偏振发生在辐射束中心！ 推翻：轮廓中心圆偏振旋向变化与 线偏振角度变化相关！ 发现：边缘的圆偏振旋向与偏振角变化相关 发现：圆偏振不随频率变，个别强度旋向变 发现：个别脉冲星圆偏振非常强！

29 Core和Conal辐射的特点 Core 位于辐射束的中心部位 PA变化率大 经常伴随圆偏振的旋向翻转 有人发现 Conal
W50 Core 位于辐射束的中心部位 PA变化率大 经常伴随圆偏振的旋向翻转 有人发现 W50 Conal 位于辐射束的边缘部位 经常呈现单一的圆偏振旋向 线偏振可能相对强一些 有人发现 W50，core W50，cone 注意： 1.反过来不成立！ 2. Hollow core?

30 脉冲轮廓的偏振特征：观测 Han et al. (2009, ApJS)

31 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式 Stinebring et al. (1984)

32 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式

33 脉冲轮廓的偏振特征：正交模式

34 Core与cone相对位移可以产生PA jumps

35 脉冲星偏振随频率变化 应该小心轮廓成分随频率演化！
线偏振： 取决脉冲成分 圆偏振：一般只有少数成分有圆偏振！ Xilouris et al. (1996, A&A) von Hoensbroech et al. (1996, A&A)

36 Han et al. (1998, MNRAS); You & Han (2006, ChJAA)
脉冲星偏振随频率变化 圆偏振： Han et al. (1998, MNRAS); You & Han (2006, ChJAA)

37 Manchester, Han & Qiao (1998)
年轻脉冲星 至少一个成分有非常强 （几乎100%）的线偏振！ HiP~Edot相关 Manchester, Han & Qiao (1998) PSR B

38 年轻脉冲星 至少一个成分有非常强 （几乎100%）的线偏振！ HiP~Edot相关(1.4GHz) PSR B1259-63

39 von Hoensbroech et al. 1998, A&A
Crewford et al. (2001, AJ) 1.4 GHz HiP~Edot相关 von Hoensbroech et al. 1998, A&A 4.9GHz Han et al. (2009, ApJS) 774 MHz 408MHz

40 Crab脉冲星的偏振 1.424GHz 4.885GHz

41 Crab脉冲星 光学偏振

42 毫秒脉冲星：轮廓、偏振 毫秒脉冲星和正常脉冲星 轮廓形态无异

43 毫秒脉冲星：轮廓、偏振 脉冲轮廓宽一些，成分比较多一些 偏振角曲线比较平坦：不好求α和β！ 线偏振、圆偏振比正常脉冲星不特别！
谁再统计一下？ 偏振角曲线比较平坦：不好求α和β！ 线偏振、圆偏振比正常脉冲星不特别！ 有强线偏振、强圆偏振、PA正交跳变… 毫秒脉冲星偏振观测基本参考文献： Xilouris et al. (1998)+ Kramer et al. (1999, ApJ) Stairs et al. (1999) Manchester & Han (2004, ApJ) Ord et al. (2004, MNRAS) Han et al. (2009, ApJS)

44 PSR J0437-4715的偏振轮廓 极冠内的多成分+磁层传播效应 Binary MSP： P = 5.75 ms Pb = 5.74 d
Navarro et al. (1997) Binary MSP： P = 5.75 ms Pb = 5.74 d 至少7个峰！ PA曲线复杂 PA有正交跳变 (Pulse truncated at 20% of peak) 1433 MHz Linear Qiao et al. (2002)建议: ICS模型产生： Core+ cone+ outer_cone+ Outer_outer_cone! Circular 极冠内的多成分+磁层传播效应

45 毫秒脉冲星的偏振轮廓观测 Han et al. (2009, ApJS) Manchester & Han (2004 ApJ)
Ord et al. (2004 MNRAS)

46 毫秒脉冲星的偏振轮廓观测 α~90° ;β~0° Ord et al. (2004 MNRAS)
Stair et al. (1999, ApJS) Manchester & Han (2004 ApJ)

47 结束语 脉冲轮廓和偏振：理解脉冲星辐射的基本数据 大量的观测数据尚未仔细挖掘 更多更精细的观测可以限定更好的脉冲星辐射参数 谢谢