[论文解读] The Vela Pulsar's Radio Nebula

Richard Dodson, Dion Lewis+2 more|Feb 19, 2003

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 32

一句话总结

本文首次实现了对船帆脉冲星星云的高灵敏度、高分辨率射电成像，揭示了一个对称、高度极化的射电星云，其环形磁场结构与脉冲星自旋轴对齐。星云的形态与极化结构证实其能量来源于脉冲星的自转，而非其自行运动引起的激波；射电辐射始于X射线辐射结束的位置，表明两者具有不同的辐射机制。

ABSTRACT

We have discovered that the radio nebula surrounding the Vela pulsar covers a much wider extent than previously reported, with two lobes to the North and South of the pulsar. Indications of this object have been reported previously, but its symmetric morphology around the pulsar and other details had not been identified as they were hidden due to poor sensitivity to low spatial frequencies. The structure is highly polarised and the polarisation vectors, once corrected for Faraday rotation, reveal symmetry with respect to the spin axis of the pulsar. The X-ray emission found by Chandra lies at the centre of this structure, in a region which has no detectable excess of radio emission. We estimate total fluxes and regional fluxes from the Northern and Southern lobes, plus the X-ray region at four radio frequencies; 1.4, 2.4, 5 and 8.5 GHz. We present the corresponding images in both the total and polarised intensities, as well as those showing the derotated linear polarisation vectors.

研究动机与目标

• 解决船帆脉冲星射电星云的真实范围与形态，此前因灵敏度限制而被掩盖。
• 利用法拉第旋转校正，研究星云的极化结构与磁场几何形态。
• 确定星云是由脉冲星的自转能量驱动，还是由其自行运动引起的激波驱动。
• 比较射电与X射线的形态，评估对脉冲星风星云（PWN）模型的启示。
• 对档案数据与新获取的ATCA数据进行脉冲星分段处理与自相位校准，以提升动态范围与灵敏度。

提出的方法

• 观测使用澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）在1.4、2.4、5.2和8.5 GHz频段进行，采用多种阵列配置以优化uv覆盖与分辨率。
• 应用脉冲星分段处理（每周期32段）以隔离并去除脉冲星的强变发射对成像的影响。
• 利用脉冲星峰值流量进行自相位校准，以校正仪器与电离层引起的相位变化。
• 通过双频观测获得的旋转量（RM）分析，校正法拉第旋转，以恢复真实的偏振位置角。
• 成像使用10'' FWHM光束宽度，经旋转量校正后生成偏振强度与位置角图。
• 利用Frail & Scharringhausen（1997）提出的公式，结合0.3 kpc的距离，计算射电光度。

实验结果

研究问题

• RQ1 船帆脉冲星射电星云的真实范围与形态是什么？与以往观测相比有何不同？
• RQ2 星云中的磁场结构如何？是否与脉冲星自旋轴对齐？
• RQ3 星云是由脉冲星的自转能量驱动，还是由其自行运动引起的激波驱动？
• RQ4 为何射电与X射线辐射区域之间存在间隙？这对辐射机制有何启示？
• RQ5 星云的偏振结构对脉冲星风星云模型有何启示？

主要发现

• 射电星云的范围远超以往报道，具有以脉冲星为中心的对称南北瓣结构。
• 经法拉第旋转校正后，偏振发射显示出与脉冲星自旋轴对齐的对称环形磁场结构。
• 射电光度为6.8×10^30 erg/s，相当于脉冲星自旋降功率的1×10^-6，表明射电辐射效率很低。
• 射电辐射始于X射线辐射停止的半径处，表明两个波段的辐射区域与机制截然不同。
• 在自行运动方向上未发现类似尾迹的结构，排除了激波驱动模型，支持由自转驱动的星云形成机制。
• 偏振度接近同步辐射理论最大值，证实星云中有序磁场占主导地位。