[论文解读] Radio Pulsars in Binary Systems

R. P. Breton|ArXiv.org|Jul 15, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 5被引用 4

一句话总结

本论文研究双星射电脉冲星以检验广义相对论及其它引力理论，重点关注PSR J1744−3922的异常通量变化、相对论性双脉冲星PSR J0737−3039A/B的掩食调制，以及脉冲星A的轮廓中经向像差效应。主要成果包括：在脉冲星B中发现与广义相对论预测一致的相对论性进动证据，以及对经向像差的严格上限，从而对辐射几何结构和视线方向施加了约束。

ABSTRACT

This thesis focuses on the study of binary radio pulsars, their evolution and some specific use of their properties to investigate fundamental physics such as general relativity and other gravitational theories. The work that we present here is organized in three main parts. First, we report on the study of PSR J1744-3922, a binary pulsar presenting a peculiar `flickering' flux behavior as well as spin and orbital properties that do not correspond to the expectations of standard evolution scenarios. Second, we conducted an in-depth analysis of the eclipses in the relativistic double pulsar system PSR J0737-3039A/B. From our modeling of the eclipses, we precisely determined the geometry of pulsar B in space and used this information to study the temporal behavior of the eclipses, which revealed that pulsar B precesses around the angular momentum of the system in a way that is consistent with the prediction of general relativity. Third, we searched for the signature of latitudinal aberration in the pulse profile of pulsar A in the double pulsar system. The non-detection of this effect allows us to put an upper limit on its amplitude, which constrains the geometry of pulsar A with respect to our line of sight as well as its emission geometry. (Abridged)

研究动机与目标

• 研究PSR J1744−3922中异常闪烁通量行为及其与标准双星脉冲星演化模型的偏离。
• 理解相对论性双脉冲星PSR J0737−3039A/B中复杂的掩食调制，并确定脉冲星B的几何结构。
• 在脉冲星A的脉冲轮廓中搜索相对论性经向像差，并约束其辐射几何结构与取向。
• 利用这些系统作为强场引力区域检验广义相对论及其它引力理论的实验室。

提出的方法

• 通过旋转调制分析PSR J0737−3039A/B的掩食光曲线，以提取脉冲星B的三维几何结构。
• 应用相对论性计时模型，检测脉冲星B自旋轴围绕系统角动量的进动。
• 使用旋转矢量模型（RVM）以辐射矢量取向描述脉冲轮廓几何结构及偏振角χ₀。
• 分析轨道周期内脉冲轮廓的变化，以搜索双峰分离的周期性偏移，该现象可指示经向像差。
• 应用轨道与自旋运动学，将投影半长轴xₚ与轨道参数关联至可观测的计时残差。
• 利用像差未被探测到的结果，对振幅设定上限，从而约束脉冲星的取向与辐射束几何结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 PSR J1744−3922中异常闪烁通量行为的成因是什么？这是否表明存在一类尚未被发现的双星脉冲星？
• RQ2 PSR J0737−3039A/B中的掩食调制如何揭示脉冲星B的三维几何结构与自旋取向？
• RQ3 是否存在脉冲星B自旋轴相对论性进动的证据？其结果是否与广义相对论预测一致？
• RQ4 PSR J0737−3039A/B中脉冲星A的脉冲轮廓是否在轨道 timescale 上表现出由经向像差引起的周期性调制？
• RQ5 像差未被探测到以及掩食建模的结果，对脉冲星的辐射几何结构与视线方向施加了何种约束？

主要发现

• PSR J0737−3039A/B中的掩食调制与脉冲星B的自转同步，使得其自旋轴的三维几何结构得以精确重建。
• 脉冲星B围绕系统角动量的进动速率与方向与广义相对论预测一致。
• 在脉冲星A的脉冲轮廓中未检测到显著的经向像差信号，因而对其振幅设定了严格上限。
• 对像差振幅的上限约束了脉冲星相对于视线方向的取向及其波束张角。
• PSR J1744−3922的异常通量行为及其自旋/轨道特性表明，可能存在一类尚未被探测到的双星脉冲星。
• 本研究证明，双星脉冲星，尤其是相对论性双脉冲星，是检验强场引力与辐射物理的强大工具。