[论文解读] High Speed Phase-Resolved 2-d UBV Photometry of the Crab pulsar

Aaron Golden, A. Shearer+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 8

一句话总结

本研究利用俄罗斯高加索特殊天文台6米望远镜上的TRIFFID仪器，对蟹状脉冲星进行了高速、相位分辨的2D UBV测光，实现了1 μs的时间分辨率，成功将脉冲星辐射与星云背景分离。结果证实，主峰和桥接成分的光曲线宽度与通量随光子能量增加而减小，主光学峰平台持续时间被限制在≤55 μs，未发现巨脉冲或60秒调制的证据。

ABSTRACT

We report a phase-resolved photometric and morphological analysis of UBV data of the Crab pulsar obtained with the 2-d TRIFFID high speed optical photometer mounted on the Russian 6m telescope. By being able to accurately isolate the pulsar from the nebular background at an unprecedented temporal resolution (1 μs), the various light curve components were accurately fluxed via phase-resolved photometry. Within the $UBV$ range, our datasets are consistent with the existing trends reported elsewhere in the literature. In terms of flux and phase duration, both the peak Full Width Half Maxima and Half Width Half Maxima decrease as a function of photon energy. This is similarly the case for the flux associated with the bridge of emission. Power-law fits to the various light curve components are as follows; α= 0.07 \pm 0.19 (peak 1), α= -0.06 \pm 0.19 (peak 2) and α= -0.44 \pm 0.19 (bridge) - the uncertainty here being dominated by the integrated CCD photometry used to independently reference the TRIFFID data. Temporally, the main peaks are coincident to \le 10 μs although an accurate phase lag with respect to the radio main peak is compromised by radio timing uncertainties. The plateau on the Crab's main peak was definitively determined to be \leq 55 μs in extent and may decrease as a function of photon energy. There is no evidence for non-stochastic activity over the light curves or within various phase regions, nor is there evidence of anything akin to the giant pulses noted in the radio. Finally, there is no evidence to support the existence of a reported 60 second modulation suggested to be as a consequence of free precession.

研究动机与目标

• 获取蟹状脉冲星的高时间分辨率、相位分辨光学测光，以从星云背景中分离出辐射成分。
• 确定光学光曲线的绝对到达时间相对于射电脉冲的时延，并评估不同能量波段之间的时序滞后。
• 研究光曲线形态的能量依赖性，包括峰值宽度和通量，并检验非随机辐射特征的存在。
• 寻找光学波段中巨脉冲或长周期调制（如60秒）的证据，这些可能与自由进动有关。
• 提供高精度的通量测量，用于约束脉冲星磁层中非热辐射的理论模型。

提出的方法

• 利用俄罗斯高加索特殊天文台6米望远镜上的TRIFFID 2D高速测光仪，同步观测U、B、V波段。
• 实现1 μs的时间分辨率，以分辨单个脉冲星脉冲，并将其与星云背景区分开来。
• 通过将光曲线在多个脉冲周期内折叠，并结合空间和时间滤波，实现相位分辨测光，从而从背景中分离出脉冲星通量。
• 对光曲线成分（主峰1、主峰2、桥接成分）进行幂律拟合，以确定U、B、V波段中的谱指数。
• 使用积分CCD测光作为参考和校准TRIFFID的通量比，但该参考的不确定性限制了精度。
• 通过互相关分析，利用射电星历表和射电定时解，确定光学、X射线和射电脉冲之间的相对时延。

实验结果

研究问题

• RQ1 在UBV波段中，光学光曲线成分的半高全宽（FWHM）和通量如何随光子能量变化？
• RQ2 光学主峰相对于射电主脉冲的绝对时延是多少？其与X射线和γ射线峰值相比如何？
• RQ3 光学波段中是否存在类似射电观测中发现的非随机辐射特征（如巨脉冲）？
• RQ4 光学光曲线是否存在平台？若存在，其持续时间是多少？是否随能量变化？
• RQ5 是否有支持60秒调制的证据，如自由进动模型所预测的那样？

主要发现

• 两个主光学峰及发射桥的半高全宽（FWHM）和半高半宽（HWHM）均随光子能量增加而减小，表明辐射区域具有能量依赖性。
• 主光学峰平台的持续时间被明确限制在≤55 μs，可能具有能量依赖性，表明在更高能量下宽度减小。
• 光曲线成分的幂律谱指数为：α = 0.07 ± 0.19（主峰1），α = -0.06 ± 0.19（主峰2），α = -0.44 ± 0.19（桥接成分），不确定性主要来自参考测光。
• 主光学峰相对于射电脉冲的到达时间延迟为+79.2 ± 10 μs，总不确定性为±60 μs（主要来自射电定时误差），表明光学脉冲滞后于射电脉冲。
• 光学波段中未发现非随机辐射（如巨脉冲）的证据，也未发现与自由进动相关的60秒调制。
• 光学光曲线与X射线和γ射线主峰一致，X射线峰值领先射电脉冲约264 μs，光学脉冲滞后于X射线，但绝对时序仍因射电星历表误差而存在不确定性。