脉冲星观测及研究

本文评述了脉冲星的观测研究状况以及列出了北京天文台在232MHz上获得的脉冲星观测结果。     

乌鲁木齐天文站脉冲星观测研究新进展

乌鲁木齐天文站自 1 999年研制完成 1 .5GHz频段室温双偏振消色散接收系统。 2 0 0 2年又完成 1 .5GHz频段致冷式双偏振消色散接收系统。我们成功地完成了第一个国际合作协议的任务。为在我国建立高灵敏度的观测脉冲星设备和取得优秀的脉冲星观测结果作出了贡献。为了进一步发展乌站脉冲星观测 ,第二个合作协议包括利用致冷式系统进行脉冲星大样本的监测和建立低频段的基带技术的消色散系统。     

毫秒脉冲星计时观测进展

在评述国际上毫秒脉冲星长期计时观测成果的基础上，比较了由毫秒脉冲星自转定义的脉冲星时PT与原子时AT的长期稳定度。毫秒脉冲星PSR B1855 09 15yr的长期稳定度优于原子时TAI—USNO，而接近原子时TAI—PTB；其短期稳定度主要受到计时观测误差的限制。毫秒脉冲星PSR J0437-47 1yr以上的稳定度明显优于上述两原子时系统。毫秒脉冲星PSR B193T 21和PSR J1713 07的长期稳定度受到低频噪声影响，但仍能对综合脉冲星时PTens的建立与保持作出贡献。另外，介绍和评述了国际上脉冲星计时阵的现状及发展。随着脉冲星计时阵的实旅，在脉冲星时间标准研究、原子时误差、太阳系历表误差研究和引力波探测方面将会取得重要成果；展望了国际上平方公里望远镜(SKA)在毫秒脉冲星计时观测方面的发展前景。     

脉冲星观测研究的某些进展

近年来,对日益增加的脉冲星观测资料的分析和对毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测,对脉冲星的形成、演化和辐射机制等提出了越来越多的新问题。本文对这些新问题的观测依据进行了介绍。主要涉及下述几方面的问题:是否存在着在结构、形成和演化上均不相同的两类脉冲星?脉冲星是否有两种或两种以上的辐射机制在同时起作用?脉冲星射电辐射中的两种相互垂直的偏振模式,以及近年来在毫秒脉冲星、射电和X射线脉冲双星的观测中所发现的新现象等。     

脉冲星观测中的日月岁差效应

脉冲星周期和周期变率的测量中存在着日月岁差效应.通过对日月岁差效应的分析,发现它已经影响到了某些脉冲星的周期的精密测量.在对1771颗脉冲星测量周期的分析和检测中,有81颗脉冲星的测量周期在它们的测量精度范围内受到日月岁差效应的影响.随着观测精度的提高,在以后的脉冲星周期和周期变率的精密测量中,这些影响应该得到相应的改正.     

射电脉冲星观测资料及其启示

在本文中先简要介绍了８０年代以来射电脉冲星方面的观测进展，然后详细介绍了射电脉冲星的第一手观测资料，包括空间分布，传播特性，时间特性，脉冲轮廓与偏振以及频谱特性等，并详细综述观测资料对我们提供的信息及给我们的启示，为理论模型的建立和检验提供了基础。     

毫秒脉冲星计时观测的研究进展

对毫秒脉冲星时间测量的理论、方法和技术研究的进展进行了阐述。根据近年来取得的观测研究结果,毫秒脉冲星计时测量误差～2×10－7秒,毫秒脉冲星自转周期稳定性足以和现代原子钟相媲美：其相对频率不稳定度达到1×10－14（1年≤γ≤5．2年）,并可望更高。近年来,脉冲星计时观测系统的接收灵敏度获得很大改进,计时观测的数据采集、处理技术、脉冲到达时间分析模型研究等都有长足发展。通过综合脉冲星时间算法得到的脉冲星时间尺度将比现代原子时具有更高的长期稳定度。叙述了脉冲星的物理特性及有关计时观测系统的技术成果,如观测频率和带宽的选择,消色散和接收系统灵敏度等问题。最后对毫秒脉冲星时间测量的误差源进行了讨论,并对脉冲星时间尺度的应用前景做了展望。     

地壳固体潮运动的脉冲星观测效应

本文提出由地壳的固体潮运动对脉冲星周期变化产生观测效应的问题．指出，这种效应对某些脉冲星周期变化的影响在现代脉冲星观测中是不可忽视的；随着观测精度的提高，在测定脉冲星的周期和周期变率的过程中，进一步考虑固体潮的影响以及利用脉冲星观测资料分析研究固体潮是今后值得重视的研究方向．     

乌鲁木齐25m射电望远镜脉冲星观测研究

乌鲁木齐天文站自1999年以来陆续研制完成脉冲星1.5GHz频段消色散接收系统，0.327GHz,0.61GHz,2.3GHz,4.8Hz和8.4GHz等5个频段上的单通道的脉冲星接收系统和2组双频（2.3GHz和8.4GHz及0.327GHz和0.61GHz)同时观测的接收系统，上述设备均已投入观测，并取得一批诸如脉冲星周期参数，周期跃变，逢行速率，脉冲轮廓模式变化，星际闪和谱特性等观测成果。     

脉冲星VLBI观测软件相关处理进展

VLBI是进行高分辨率脉冲星观测研究的重要手段.脉冲星信号是非常微弱的脉冲序列,其VLBI观测面临多种挑战.在数据相关过程中采用有效技术提取脉冲星信号可提高观测成功率和精度.DiFX(Distributed FX-style Software Correlator)是目前国际上流行的开源软件相关处理机,它采用非相干消色散技术和“脉冲星数据分箱技术”(Pulsar Binning),在脉冲星VLBI观测数据的相关处理方面具有优异的性能.介绍了DiFX的构架,安装、调试方法,并对利用DiFX处理脉冲星VLBI观测数据的进展情况进行论述.利用单机环境下的DiFX,在普通模式和Pulsar Binning模式下对中国VLBI网(CVN)第一次脉冲星观测数据进行相关处理;利用德国马普射电天文研究所集群计算环境下的Bonn-DiFX,在Pulsar Binning模式下对流量仅有2.6 mJy的毫秒脉冲星PSRJ1022+1001的欧洲VLBI网(EVN)观测数据成功进行相关处理.最后,对使用DiFX处理脉冲星观测数据情况进行总结,并展望了今后CVN开展脉冲星观测研究的前景.     

脉冲星时间特征和多星计时观测

在评介脉冲星时研究发展趋势的基础上,讨论了基于毫秒脉冲星自转的脉冲星时间的短期特征和长期稳定度,并对影响其稳定度的因素作了初步分析.50m射电望远镜计时观测的目的之一就是综合脉冲星时研究.对于50m望远镜计时观测的选星和由多星观测进行综合脉冲星时研究中的数据分析问题进行了讨论.     

我国脉冲星观测研究的进展和前景

介绍了脉冲星观测研究的意义,国际上所取得的重大成就和脉冲星观测最的技术问题, 国脉冲星观测研究和现状和潜力,存在的问题和美好的前景,对正在执行的由中,澳,英合作的“利用乌鲁木齐２５ｍ射电镜远镜在１８ｃｍ波段上进行脉冲星脉冲到达时间的观测研究”项目,就其课题意义,接收系统的技术改造和观测灵敏度等进行了介绍,展 ＦＡＳＴ望远镜观测脉冲星的前景。     

乌鲁木齐天文站建立脉冲星相干消色散观测系统

脉冲星发射的辐射信号经过星际介质到达观测天线的过程中,存在色散效应。该效应导致有一定带宽脉冲信号的不同频率成份到达天线时间有延迟,影响对脉冲星的观测。消色散技术是脉冲星观测的关键技术,它对脉冲星观测系统的灵敏度和观测精度至关重要。脉冲星相干消色散过程是:通过对观测信号进行Nyquist采样,对采样数据做傅立叶变换,变换后的频域信号与星际介质Chirp函数乘积,然后再做逆傅立叶变换回时域,得到消色散后的时域信号。乌鲁木齐天文站依托现有的南山25m射电望远镜和VLBI记录终端MK5A系统,自行开发的相干消色散处理软件(Linux操作系统下C语言调用MPI库)和4节点机群系统,建立了脉冲星相干消色散观测系统。     

相干消色散脉冲星观测系统的研究

云南天文台射电天文研究团组利用从美国伯克利大学CASPER天文信号与电子学研究中心购买的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)接收机平台ROACH2,实现了512 MHz输入带宽,512 MHz带宽分为128通道输出(每个通道4 M带宽),8比特采样和双极化输入(1 024 MHz)的基带数据采集终端。海量数据传输方式通过SFP+万兆网口实现,利用编写的脚本文件调用DSPSR程序包实现数据的解码、相干消色散、偏振计算和折叠等处理。数据处理结果以PSRFITS格式存储。构建以ROACH2为基带数据采集终端和DSPSR为数据处理核心的脉冲星观测系统,相比于以VLBI观测终端为基础构建的观测系统,在观测模式、数据处理方法、运算效率和观测数据的通用性等方面具有更好的优越性。     

脉冲星搜索技术及FAST望远镜脉冲星搜索展望

分析现有的脉冲星搜索方法对于即将开展的FAST望远镜早期脉冲星搜索的可行性和必要性,尝试脉冲星搜索数据处理的软、硬件加速。回顾并总结了现有的脉冲星搜索方法和这些方法对应的发现,分析这些方法的特点。编写了基于PRESTO的并行数据处理程序。估计了使用显卡计算加速来完成单脉冲搜索的可行性和效率。编写的基于PRESTO的并行数据处理程序使得处理帕克斯望远镜多波束巡天的一个典型大小(100 MB)的文件的时间从约95 min缩短到短于10 min。使用显卡加速的单脉冲搜索实现了大约20倍的加速,数据处理时间短于获取观测数据的时间。对于使用望远镜早期观测数据进行脉冲星搜索而言,用于短轨道周期脉冲星搜索的相位调制搜索算法是没有必要的,用于搜索较长轨道周期的加速搜索算法也不十分必要,而用于长自转周期脉冲星搜索的快速折叠算法仅在需要搜索长自转周期的弱脉冲星时才需要使用。在数据处理过程中,软、硬件等方面可以加快数据处理的速度,可以使数据处理用时短于获取数据的时间。     

基于Mark5B＋GPU脉冲星观测系统

云南天文台40m射电望远镜进行的脉冲星观测数据量巨大,必须实现数据的实时处理,否则将会产生海量的数据积压.为实现这一目标,采用图形处理器架构,对Mark5B数据进行解码、消色散、折叠等处理.实验结果表明,对以1s8MB的实时采样,可以在0.51s内处理完成,从而实现了实时处理的要求.首先介绍这一观测系统各部分的图形处理器实现,然后相对于传统中央处理器构架,对各部分的运算速度进行了详细的对比.针对时间开销最大的消色散部分,分析了单次傅里叶变换的数据量大小对执行效率的影响.从系统最终的输出轮廓和柱状图上可以看到实时处理的结果符合要求.最后对存在的问题和未来的工作进行了讨论.     

上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测

介绍上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测。2010年4月23日,使用上海天文台位于佘山观测基地的25 m射电望远镜对脉冲星J0332+5434在L波段进行了观测,此次观测使用VLBI终端进行数据采集记录,通过对观测数据进行非相干消色散和周期折叠,成功获得目标源的平均轮廓。此次观测的成功,表明该天线具备开展单天线脉冲星观测的条件,并为上海天文台建设中的65 m天线的天文观测提供了参考,为将来自主研发脉冲星终端进行了技术储备。