[论文解读] PSRPI: A large VLBA pulsar astrometry program

Adam T. Deller, W. Brisken+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2011

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

PSRπ 是一项大规模的 VLBA 天体测量计划，通过使用在波束内的标定源，以亚50 μas 的精度测量脉冲星视差。借助新的 DiFX 软件功能，该团队在不到 80 小时内识别出超过 7,000 个潜在标定源，实现了对 60 个脉冲星的精确差分天体测量，显著改进了银河系电子密度模型及脉冲星群体特性模型。

ABSTRACT

Obtaining pulsar parallaxes via relative astrometry (also known as differential astrometry) yields distances and transverse velocities that can be used to probe properties of the pulsar population and the interstellar medium. Large programs are essential to obtain the sample sizes necessary for these population studies, but they must be efficiently conducted to avoid requiring an infeasible amount of observing time. This paper describes the PSRPI astrometric program, including the use of new features in the DiFX software correlator to efficiently locate calibrator sources, selection and observing strategies for a sample of 60 pulsars, initial results, and likely science outcomes. Potential applications of high-precision relative astrometry to measure source structure evolution in defining sources of the International Celestial Referent Frame are also discussed.

研究动机与目标

• 解决基于色散量（DM）模型推导的脉冲星距离估计中的不确定性，这些模型可能存在高达 4.5 倍的系统性偏差和误差。
• 通过 VLBI 天体测量获得独立的高精度视差测量，克服现有基于 DM 的距离模型（如 NE2001）的局限性。
• 扩大具有精确距离的脉冲星样本，以实现对脉冲星亮度函数和速度函数的无偏研究。
• 通过整合来自 60 个脉冲星的精确电子柱密度测量结果，改进银河系电子密度模型。
• 探索多源天体测量数据集在监测国际天球参考架（ICRF）源微角秒级结构演化方面的创新应用。

提出的方法

• 利用甚长基线阵列（VLBA）对 60 个脉冲星进行差分天体测量，采用在波束内的标定源以最小化电离层和大气误差。
• 利用 DiFX 软件互相关器的新功能，快速识别 VLBA 波束内紧凑且明亮的标定源，从而大幅缩短标定源搜索时间。
• 采用多历元观测策略，利用相位参考技术，以亚50 μas 的精度测量视差和自行。
• 在多个天线上使用校准平面解，而非点解，以提高相位稳定性并减少校准误差。
• 选择中心频率约为 1.6 GHz 的脉冲星，以最大化源的亮度并最小化目标源与标定源之间的电离层延迟差异。
• 启动对 ICRF 标定源的共线监测，利用多源天体测量数据集研究微角秒级结构演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 大规模 VLBA 天体测量计划能否利用在波束内的标定源，实现对 60 个脉冲星视差测量精度达到亚50 μas？
• RQ2 新的 DiFX 软件功能在加速识别适用于高精度脉冲星天体测量的合适在波束标定源方面有多高效？
• RQ3 PSRπ 中精确的脉冲星距离能在多大程度上改进 NE2001 银河系电子密度模型，并减少基于 DM 的距离估计中的系统性偏差？
• RQ4 多源天体测量数据集能否用于将微角秒级的源结构演化与天体测量误差区分开来？
• RQ5 高精度脉冲星天体测量对改进脉冲星亮度函数和速度函数模型有何影响？

主要发现

• 得益于增强的 DiFX 软件功能，PSRπ 计划在不到 80 小时的观测时间内成功识别出超过 7,000 个潜在在波束标定源。
• 该计划使视差测量精度达到 50 μas 或更高的脉冲星数量增加了六倍，形成了一个包含约 70 个脉冲星的可靠距离样本。
• 该数据集将通过增加具有精确电子柱密度测量的新视线，显著改进 NE2001 银河系电子密度模型。
• 该计划有望发现高速脉冲星，揭示与超新星遗迹的关联，并精确化单个脉冲星的高能辐射测量。
• 来自 PSRπ 的多源天体测量数据集为监测 ICRF 标定源在微角秒尺度的结构演化提供了可行路径，这对未来超精密天体测量至关重要。
• 该计划为下一代仪器（如平方公里阵列，SKA）的校准技术奠定了基础。