[論文レビュー] LOFAR: A powerful tool for pulsar studies

B. W. Stappers, J. van Leeuwen+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

LOFARは、広帯域、高感度（200 MHzで0.015 mJy）、多ビーム機能を活用して、パルサー研究のための転換的低周波数電波アレイとして提案されている。広域全天サーベイを実施することで、約1,500個の新しいパルサーが発見されると予測されており、これにより局所的パルサー集団の把握が著しく向上し、パルサー放射物理、中性子星集団、および銀河間物質の理解に画期的な進展がもたらされる。

ABSTRACT

The LOw Frequency ARray, LOFAR, will have the sensitivity, bandwidth, frequency range and processing power to revolutionise low-frequency pulsar studies. We present results of simulations that indicate that a LOFAR survey will find approximately 1500 new pulsars. These new pulsars will give us a much better understanding of the low end of the luminosity function and thus allow for a much more precise estimate of the true total local pulsar population. The survey will also be very sensitive to the ultra-steep spectrum pulsars, RRATs, and the pulsed radio emission from objects like Geminga and AXPs. We will also show that by enabling us to observe single pulses from hundreds of pulsars, including many millisecond pulsars, LOFAR opens up new possibilities for the study of emission physics.

研究の動機と目的

• LOFARの低周波数特性を活用して、北半球全域をカバーする感度の高いパルサーサーベイを実施すること。
• パルサーの放射度関数の低エネルギー領域を測定することで、局所的パルサー集団の推定精度を向上させること。
• 従来検出されていなかったパルサー集団、特に超急勾配スペクトルパルサー、RRAT、およびジェミングァやAXPのような電波非放射中性子星を検出すること。
• ミリ秒パルサーも含め、数100個のパルサーにおける単一パルス放射の高時間分解能研究を可能にすること。
• グルーピングするパルサーや10％未満の時間しか活性でないパルサーを含む、一時的・一時的中性子星の監視を強化すること。

提案手法

• LOFAR周波数範囲（30–240 MHz）において、現実的なパルサー集団および散乱モデルを用いて、パルサー検出率をシミュレーションする。
• 7700個の低バンドアンテナおよび7700個のハイバンドアンテナを有するLOFARコアアレイを用い、77のステーションを形成し、多ビーム機能により広域同時観測を実現する。
• 1時間の積分時間、2つの偏光、32 MHzの帯域幅を適用し、感度を推定（200 MHzで0.015 mJyまで）。
• LOFARの広視野（30 MHzで最大21°）と長時間点灯により、RRATのような一時的信号源への感度を向上させる。
• 単一パルススタッキング技術と高ダイナミックレンジを組み合わせ、パルサーからの微弱で断続的な放射を検出する。
• 分散測定、回転測定、スキャニング測定を用いて、電離した銀河間物質および磁場構造を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LOFARは、全天サーベイにおいてどれくらいの新しいパルサーを発見できるか。また、そのうちどれくらいが低放射度または特異な源であるか？
• RQ2 LOFARは、放射度関数の低エネルギー領域を測定することで、局所的パルサー集団の正確な推定をどの程度向上できるか？
• RQ3 LOFARは、高周波数帯で検出できないが、低周波数帯でのみ検出可能なジェミングァやAXPのような中性子星からの電波放射を検出できるか？
• RQ4 LOFARの感度と帯域幅は、ミリ秒パルサーや一時的パルサーにおける単一パルス放射および放射物理の研究をどのように向上させるか？
• RQ5 分散、回転、スキャニング測定を通じて、LOFARは銀河間物質研究にどのような改善をもたらすか？

主な発見

• LOFARは、全天サーベイにおいて約1,500個の新しいパルサーを発見すると予想されており、既知のパルサー集団をほぼ2倍に増加させる。
• このサーベイにより、パルサー放射度関数の低エネルギー領域の測定が著しく向上し、真の局所的パルサー集団の正確な推定が可能になる。
• LOFARの30–80 MHzにおける感度のおかげで、スペクトル指数が-3.0を下回る超急勾配スペクトルパルサーの検出が、他に類例のない独自の能力として実現可能となる。
• LOFARは、従来電波で検出されていなかった中性子星、例えばジェミングァやAXPを検出可能となり、これらは低周波数帯でのみ検出可能である。
• LOFARの多ビーム機能と広視野特性により、数100個のパルサーを同時に監視でき、詳細な単一パルス研究や、RRATのような一時的源の発見が可能になる。
• LOFARは、電離した銀河間物質のグリッド、そのクラスタ構造、およびミルキーウェイの磁場構造のグローバルモデルを向上させる、多数の新しいパルサー視線を提供する。