Transcript 脉冲星的族群和分布（第8章）

脉冲星的族群和分布（第8章）
(The Galactic population of pulsars)
岳友岭
国家天文台，FAST工程
2013.8 脉冲星暑期讲习班
Outline
• 天文坐标系
• 脉冲星的分布（空间、速度…）
– 普通脉冲星、毫秒脉冲星
• P-Pdot图上的脉冲星分类
• 脉冲星巡天模拟
– 两种模拟方法
– PSRPOP介绍
• （量级估计和观测选择效应）
天文坐标系
• 球面坐标系
• 类似地球仪和地图
坐标系
• 赤道坐标系（脉冲星名字, PSR B0329+54,
PSR J0534+2200）
• 银道坐标系（脉冲星分布常用）
• 地平坐标系
• 黄道坐标系
• 超星系坐标系
(Supergalactic)
坐标系
数据可视化
脉冲星空间分布
~1600 pulsar
Lorimer 2010
脉冲星空间分布
灵敏度限制
• 白色：全部
• 灰色：d<3kpc
现有巡天灵
敏度
11
沿银道面分布
• 沿z方向指数衰减, 标高~300pc
与超新星遗迹比较
• 脉冲星更加弥散
银河系 ~200 SNR分布
From Green 2009
不对称
FAST天区
FAST
Parkes
16
复习几个定义
• Pulsar (pulsating radio source, pulsating star)
最初在射电波段，现已扩展到多个波段
• 已知脉冲星
• 可观测脉冲星, observable pulsar, 射电束扫
过地球
• 活动脉冲星, active pulsar, 射电活动, 射电束
不一定扫过地球, 但其它波段可能看到脉冲
• 中子星, Dead pulsar, 射电安静
几个量级
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•
•
•
已知脉冲星, ~2200颗
可观测脉冲星, ~10^5颗
活动脉冲星, ~5*10^5颗
银河系超新星 ~1/100yr
– ~200个超新星遗迹
– 超新星遗迹寿命~100*200 ~ 20000年（与其它方法
接近）
• 中子星, 10^10yr/100yr ~10^8
• 脉冲星典型年龄10Myr, 10Myr/10Gyr=10^3,
中子星~ 5*10^5/10^-3~5*10^8
P-Pdot图
From the Handbook
of Pulsar Astronomy
• 年轻脉冲星
• AXP/SGR
强磁场 ~1014G
• DTN/XDIN
• 毫秒脉冲星
计时稳定
探测引力波
• 双星系统
测量脉冲星质量
限制物态方程
• 快速旋转
限制物态方程
22
Gaussian mixture model
Lee et al. 2012
Fermi脉冲星
2013.8: 132颗
P-Pdot图上的演化
• 多种理论
– 磁场
– 吸积过程
脉冲星速度分布
• 测量速度的方法
– VLBI
– Timing
– scintillation
• 只能测得2维速度（切向速度），假设各项
同性，推算得到3维速度
Hobbs et al. 2006
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•
3D速度400(+/-40)km/s
银河系逃逸速度~500km/s (vsun~200km/s)
~1/4脉冲星会跑出银河系
500km/s*10Myr=5kpc
500km/s*10Gyr=5Mpc
年龄比较
• 距离/速度
• P/(2Pdot)
• Cooling
毫秒脉冲星（非球状星团）
球状星团脉冲星
脉冲星巡天模拟
• 要解决什么问题？
– 怎样作脉冲星巡天最合适（频率、带宽、积分
时间、天区覆盖）
–…
• 两种方法
– Snapshot（快照）, PSRPOP
– Dynamic model, evolution （演化）
Spectral index
Sky backgroung
scattering
• 两种方法预计的可观测脉冲星~10^5
– 30000 (>0.1mJy kpc2)(Lorimer et al., 2006)
– 120000 (Faucher-Giguere & Kaspi, 2006)
快照法举例
蓝色：可观测到的脉冲星
红色：巡天预计发现脉冲星
LOFAR
PSRPOP
• http://psrpop.sourceforge.net/
• http://psrpop.phys.wvu.edu/
• Fortran/Linux
• 样例
http://ism.bao.ac.cn/pulsar/wiki/
安装运行
• Linux
• g77
运行结果示例
练习
• 选取一个望远镜，设计一个巡天，用
PSRPOP模拟估计（1）可观测到多少颗脉冲
星（2）新发现多少颗
– 25米
– 40米
– 65米
– 110米
– FAST
– SKA
谢谢