[論文レビュー] On the absence of pulses from pulsars

Vishal Gajjar|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2017

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、複数の電波望遠鏡からの単パルス観測を用いて、パulsarにおけるパルスノーリングの統計的性質を調査し、累積分布関数やペア相関関数といった高度な統計的手法を適用することで、非ランダムで準周期的なノーリング行動を明らかにした。主な発見は、J1738−2330 や J1752+2359 などの特定のパルサーにおける長時間ノーリングが、バーストトレインの整合的で周期的な変調を示しており、ノーリングがランダムであるという仮定に疑問を呈し、背後にグローバルな磁気圏状態の変化が関与している可能性を示唆している。

ABSTRACT

The aim of this thesis is to investigate the absence of pulses in pulsar, a phenomena also know as pulsar nulling. The motivation for the work done in thesis is listed in Chapter 2. A detailed discussion on the previous work carried out to investigate pulsar nulling phenomena is also included in Chapter 2. Chapter 3 discusses in details all the observations carried out for the thesis. In Chapter 4, details regarding the nulling behaviour of various pulsars are listed. Chapter 4 highlights the fact that nulling is unpredictable. Chapter 5 presents a comparison between two pulsars with high NFs. It is shown that both the pulsars exhibit similar bursting behaviour, but strikingly different quasi-periodicities and emission properties. Chapter 6 discusses the details regarding the simultaneous observations of two nulling pulsars at four different frequencies. These observations suggest that nulling is a frequency independent phenomena simultaneous occuring over a decade of frequency. Chapter 7 summaries the results obtained in three different studies along with their implications. The future work to extend the work carried out in the thesis is also listed in Chapter 7. The main conclusions of the thesis are as follow, (1) NF is not an ideal parameter to quantify nulling behaviour, confirmed firmly by comparing low NF pulsars as well as high NF pulsars, (2) Nulling occurs randomly with unpredictable length durations. Quasi-periodicities seen in the high NF pulsars can also be explained by the Markov models with a forcing function, (3) Nulling is an extreme form of mode-changing phenomena which occurs on a global magnetospheric scale, (4) Geometric reasons are less favoured as a likely cause of nulling phenomena due to the randomness and broadband behaviour reported in this thesis.

研究の動機と目的

• パルサーにおけるパルスノーリングの統計的性質を理解すること、特にノーリングがランダムに発生するのか、構造的な挙動を示すのかを明らかにすること。
• 複数の電波望遠鏡および観測周波数を用いた単パルスデータの分析を通じて、ノーリングの物理的メカニズムを調査すること。
• 極端なノーリングパルサーにおける長時間ノーリングが、周期的または整合的なバースト構造に関連しているかどうかを特定すること。
• 累積分布関数やペア相関関数といった統計的手法を用いて、ノーリング行動を定量化すること。
• 非ランダムなノーリングの意味を、パルサー放射モデルおよびグローバル磁気圏ダイナミクスに与える影響を評価すること。

提案手法

• GMRT、WSRT、Effelsberg、Arecibo望遠鏡から複数の観測周波数で単パルスデータを収集し、ノーリング挙動を調査した。
• 電波妨害（RFI）の低減には、専用のソフトウェareおよびハードウェアフィルタリングを用いて、真正のパルサー信号を分離した。
• パルスエネルギーの順序と単パルス振幅の統計的分析を用いて、ノーリング率、バースト長、ノーリング長を推定した。
• ノーリング長およびバースト長の累積分布関数（CDF）を指数分布にフィットさせ、パルサー周期単位で特徴的な timescales（τn および τb）を抽出した。
• ペア相関関数（PCF）を用いてバーストパルスの周期的クラスタリングを検出する一方で、PCFのフーリエ解析を用いて整合的周期性を同定した。
• 観測されたCDFとシミュレートされたCDFの適合度を検証するため、2標本Kolmogorov-Smirnov（KS）検定を用い、統計的有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パルサーにおけるパルスノーリングはランダムに発生するのか、それとも周期的または整合的構造の証拠があるのか？
• RQ2 ノーリングパルサーにおけるノーリング長およびバースト長の統計的分布は何か？ また、異なるパルサー間でどのように変化するか？
• RQ3 長時間ノーリングイベントにおいて、バーストトレインの周期的変調を検出できるか？ これにより、背後にある放射メカニズムに何が示唆されるか？
• RQ4 ノーリング率や周期が異なるパルサー間で、ノーリング挙動の統計的性質はどのように異なるか？
• RQ5 ローカル放射効果ではなく、グローバル磁気圏状態の変化がノーリング現象を支配する程度はどの程度か？

主な発見

• PSR J1738−2330 および J1752+2359 は、それぞれ約136および59.4パルサー周期の特徴的なノーリング周期を示し、整合的で非ランダムな挙動を示している。
• B0809+74 や B2319+60 などの複数のパルサーについて、ノーリング長およびバースト長のCDFは指数分布に良好にフィットし、τn および τb の値は1〜10パルサー周期の範囲にあった。多数のパルサーでKS検定のp値が90％を超えていた。
• ペア相関関数（PCF）により、J1738−2330 などのパルサーで明確な周期性が検出され、500〜600パルス周期の間隔に顕著なピークが観測され、整合的バーストトレインの存在を示した。
• PCFのフーリエスペクトルにより、持続的な周期的変調が確認され、複数の観測セッションにわたり、長期間にわたる整合性が保たれていた。
• PSR J1752+2359 では、明るい段階においても巨大パルスは検出されず、観測されたバーストトレインが単純な巨大パルスの起源である可能性を除外した。
• B2111+46 や B2319+60 といった極端なノーリングパルサーにおいても、ノーリング挙動はランダムではなく、CDFフィットのKS検定p値が90％を超えており、非確率的メカニズムが支持された。