[论文解读] Radio Pulsar B0950$+$08: Radiation in Magnetosphere and Sparks above Surface

Zhengli Wang, J. G. Lu+7 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2023

Pulsars and Gravitational Waves ResearchPhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本研究利用FAST对邻近射电脉冲星B0950+08的偏振数据进行分析，以确定其磁层辐射几何结构与辐射机制。将旋转矢量模型（RVM）应用于偏振位置角（PPA）摆动，发现主脉冲与电 interpulse 分别源自相反的磁极，其磁极倾角与辐射冲击角分别为100.5°与-33.2°，表明辐射发生在较高海拔（0.25–0.56 R_LC），与环形间隙模型一致，且辐射点远离磁极，暗示表面不均匀性或粗糙性。

ABSTRACT

We observed the nearby 100$\%$-duty-cycle radio pulsar B0950+08 using the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). We obtained the polarization profile for its entire rotation, which enabled us to investigate its magnetospheric radiation geometry and the polar cap sparking pattern. After we excluded part of the profile in which the linear polarization factor is low ($\lesssim 30 \%$) and potentially contaminated by position angle jumps, the rest of the polarization position angle swing fits a classical rotating vector model (RVM) well. The bestfit RVM indicates that the inclination angle, $α$, and the impact angle, $β$, of this pulsar, are 100.5$^{\circ}$ and $-$33.2$^{\circ}$, respectively, suggesting that the radio emission comes from two poles.We find that, in such RVM geometry, either the annular vacuum gap or the core vacuum gap model would require that the radio emissions come from a high-altitude magnetosphere with heights from $\sim 0.25~R_{ m LC}$ to $\sim 0.56~R_{ m LC}$, with $R_{ m LC}$ being the light cylinder radius. Both the main and inter-pulses' sparking points are located away from the magnetic pole, which could be relevant to the physical conditions on the pulsar surface.

研究动机与目标

• 利用FAST获取的全相位偏振数据，确定PSR B0950+08的辐射几何结构。
• 通过偏振位置角（PPA）分析，研究主脉冲与interpulse辐射的起源。
• 评估环形间隙（AG）模型与核心间隙（CG）模型中，哪一个更能解释观测到的辐射高度。
• 探讨非磁极火花对脉冲星表面物理与内磁层结构的影响。
• 研究表面不均匀性在触发相干射电辐射与粒子加速中的作用。

提出的方法

• 使用FAST的19波束接收系统对PSR B0950+08进行110分钟的偏振校准观测。
• 采用两种基线信号减除方法，以处理全相位信号检测（83%占空比）。
• 利用经典旋转矢量模型（RVM）拟合PPA摆动，以推导磁极倾角（α）与辐射冲击角（β）。
• 基于RVM推导的几何结构，假设真空间隙模型（环形间隙或核心间隙），估算辐射高度。
• 考虑自旋磁层中的相对论效应，以期未来更精确地映射火花点位置。
• 比较AG与CG模型下的辐射高度，评估模型与观测PPA行为的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 考虑到其全相位辐射与低线性偏振度，PSR B0950+08的真实辐射几何结构是什么？
• RQ2 火花点位于脉冲星表面的何处？它们是否与磁极对齐？
• RQ3 在环形间隙（AG）与核心间隙（CG）模型中，哪一个更能解释观测到的高海拔辐射？
• RQ4 火花点的非磁极分布如何与脉冲星表面结构及辐射相干性相关？
• RQ5 偏振特征揭示了中子星致密物质与表面物理的哪些本质特性？

主要发现

• 最佳RVM拟合得到磁极倾角α = 100.5°，冲击角β = -33.2°，表明辐射源自两个相反的磁极。
• 主脉冲与interpulse 分别源自不同磁极，其中interpulse与磁极1相关，主脉冲与磁极2相关。
• 辐射发生在较高海拔，范围约为0.25 R_LC至0.56 R_LC，桥状成分可能延伸至约0.65 R_LC。
• 考虑到典型辐射高度，环形间隙（AG）模型比核心间隙（CG）模型更能解释高海拔辐射。
• 火花点主要位于远离磁极的位置，表明表面分布不均匀或存在表面粗糙性。
• 该脉冲星位于P–Ṗ图中的射电脉冲星死亡线上方，表明其可能正接近射电寿命的终点。