[论文解读] Searching for radio pulsation from SGR 1935+2154 with the Parkes Ultra-Wideband Low receiver

Zhenfan Tang, Songbo Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2021

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

一句话总结

本研究利用帕克斯望远镜的超宽带低频（UWL）接收机，在704–4032 MHz频段对磁星SGR 1935+2154进行了1.6小时的观测，以搜索周期性射电脉动和单个射电脉冲。尽管灵敏度极高，但未探测到任何相干信号，由此得出周期性辐射的通量密度上限为3.6 μJy，单个脉冲能量通量上限为35 mJy ms，表明该源的射电爆发要么本质上是窄带的，要么具有陡谱特性。

ABSTRACT

Magnetars have been proposed to be the origin of FRBs soon after its initial discovery. The detection of the first Galactic FRB 20200428 from SGR 1935+2154 has made this hypothesis more convincing. In October 2020, this source was supposed to be in an extremely active state again. We then carried out a 1.6-hours follow-up observation of SGR 1935+2154 using the new ultra-wideband low (UWL) receiver of the Parkes 64\,m radio telescope covering a frequency range of 704$-$4032 MHz. However, no convincing signal was detected in either of our single pulse or periodicity searches. We obtained a limit on the flux density of periodic signal of $ m 3.6\,μJy$ using the full 3.3GHz bandwidth data sets, which is the strictest limit for that of SGR 1935+2154. Our full bandwidth limit on the single pulses fluence is 35mJy ms, which is well below the brightest single pulses detected by the FAST radio telescope just two before our observation. Assuming that SGR 1935+2154 is active during our observation, our results suggest that its radio bursts are either intrinsically narrowband or show a steep spectrum.

研究动机与目标

• 为检验磁星如SGR 1935+2154是否为快速射电暴（FRB）的起源天体，特别是基于该源在2020年4月28日爆发FRB 20200428的发现。
• 调查SGR 1935+2154在2020年10月活跃期是否表现出周期性射电辐射或明亮的单个脉冲。
• 建立迄今最灵敏的SGR 1935+2154射电辐射限制，以约束辐射机制和谱特性。
• 评估当前及下一代射电望远镜探测磁星弱或间歇性射电辐射的能力。

提出的方法

• 利用配备超宽带低频（UWL）接收机的帕克斯64米望远镜，在704–4032 MHz频段对SGR 1935+2154进行了1.6小时的观测。
• 在全3.3 GHz带宽范围内，采用相干色散延迟校正和折叠技术，同时进行单个脉冲和周期性信号的搜索。
• 在假设脉冲宽度为0.5 ms、周期性窗口为100 ms的前提下，计算了周期性信号和单个脉冲的7σ通量密度和能量通量上限。
• 将结果与FAST、CHIME和格林班克望远镜的先前探测结果进行比较，以评估其变异性与谱行为。
• 利用全带宽数据，为SGR 1935+2154的周期性射电辐射建立了迄今最严格的限制。
• 评估未来探测所需的望远镜灵敏度，估算得出只有口径大于139米的望远镜才能在1小时观测和300 MHz带宽下以10σ置信度探测到周期性信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 SGR 1935+2154在2020年10月活跃期是否发射可探测的周期性射电脉动？
• RQ2 在宽频带范围内，SGR 1935+2154的单个射电脉冲的通量密度和能量通量上限是多少？
• RQ3 观测到的限制与FAST和CHIME的先前探测结果相比如何？这对其谱特性或带宽特性有何启示？
• RQ4 未能探测到信号是否可由本征窄带发射或陡谱特性来解释？
• RQ5 探测SGR 1935+2154弱周期性发射所需的最小望远镜口径是多少（以高置信度）？

主要发现

• 在使用帕克斯UWL接收机对SGR 1935+2154进行的1.6小时观测中，未探测到任何可信的周期性射电信号或单个脉冲。
• 在全3.3 GHz带宽范围内，周期性辐射的7σ通量密度上限为3.6 μJy，为该源迄今最严格的限制。
• 单个脉冲的7σ能量通量上限为35 mJy ms，低于FAST在两天前探测到的最亮单个脉冲（40 mJy ms）。
• 结果表明，若存在射电发射，则其本质上为窄带或具有陡谱特性，与平坦谱模型不一致。
• 观测到的通量密度上限显著低于先前探测结果（例如，MNC于2020年5月30日探测到4 mJy），表明可能存在变异性或间歇性发射。
• 只有口径大于139米的望远镜才具备在1小时观测和300 MHz带宽下以10σ置信度探测周期性发射的现实可能性。