FAST多波束脈沖星漂移掃描巡天模擬與中子星的質(zhì)量分布研究

發(fā)布時(shí)間：2020-06-01 10:02

【摘要】：2016年9月全球最大的五百米單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST在正式建成試驗(yàn)運(yùn)行。FAST在70 MHz~3 GHz的工作頻段范圍內(nèi)具有多個(gè)重要的科學(xué)目標(biāo),例如:星系演化、致密星、行星與鄰近空間事件等方面的觀測(cè)研究。脈沖星搜尋是FAST主要科學(xué)目標(biāo)之一,其高靈敏度在發(fā)現(xiàn)奇異脈沖星和增加新脈沖星樣本上擁有巨大潛力。根據(jù)FAST設(shè)備性能,模擬FAST脈沖星巡天,優(yōu)化巡天方案,對(duì)即將開展的FAST脈沖星巡天項(xiàng)目具有重要實(shí)用價(jià)值。本文基于Parkes中緯度巡天、Parkes高緯度巡天與Parkes多波束巡天觀測(cè)到的1364顆正常脈沖星和43顆毫秒脈沖星,使用Bates等人開發(fā)的脈沖星分布模擬軟件包PsrPopPy,分別模擬得到銀河系中正常脈沖星和毫秒脈沖星的空間分布樣本。FAST巡天時(shí)使用中心頻率為1250 MHz,帶寬400 MHz,在19波束接收機(jī)漂移掃描觀測(cè)模式下,對(duì)FAST全天進(jìn)行模擬觀測(cè),積分時(shí)間為13.5 s每波束,有效積分時(shí)間6.0 s,在此天區(qū)內(nèi)FAST可發(fā)現(xiàn)新脈沖星774顆其中新毫秒脈沖星122顆。然后我們對(duì)FAST的觀測(cè)能力與觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)頻率的關(guān)系進(jìn)行了討論。為了進(jìn)一步獲得FAST模擬觀測(cè)的脈沖星對(duì)整體的影響,本文使用evolve腳本再次進(jìn)行模擬,獲得銀河系中孤立正常脈沖星的自旋演化樣本,設(shè)置相同的觀測(cè)參數(shù),在FAST全天范圍內(nèi)可模擬探測(cè)到新正常脈沖星711顆,并得到其在-?圖上的分布。在中子星的物理參數(shù)中質(zhì)量是最重要的參數(shù)之一,其不僅可以反映出中子星的結(jié)構(gòu)、物態(tài)方程、核物質(zhì)成分,甚至能推斷出中子星的誕生演化機(jī)制。我們?cè)阢y河系中的63對(duì)雙星系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)到72顆擁有測(cè)量質(zhì)量的中子星(NS),其中有9對(duì)雙中子星系統(tǒng)(DNS),32對(duì)中子星白矮星系統(tǒng)(NSWD),4對(duì)中子星主序星系統(tǒng)(NSMS),11對(duì)高質(zhì)量X射線雙星系統(tǒng)(HMXB),5對(duì)低質(zhì)量X射線雙星系統(tǒng)(LMXB),2對(duì)X射線系統(tǒng)(XB)。為了減小測(cè)量質(zhì)量不確定度的影響,我們使用蒙特卡羅法模擬出每顆NS的質(zhì)量分布。通過對(duì)72顆NS的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)研究,我們發(fā)現(xiàn)NS質(zhì)量分布呈雙峰結(jié)構(gòu),這可能表明NS存在兩種誕生方式,大質(zhì)量峰分布的NS,可能是由超新星爆發(fā)產(chǎn)生,其理論誕生質(zhì)量為1.4 M_?,小質(zhì)量峰分布的NS,可能是白矮星在電子捕獲后塌縮形成,誕生質(zhì)量約為1.25 M_?。DNS與其他類型的NS具有不同分布特性表明DNS的演化方式可能不同。為了進(jìn)一步研究中子星質(zhì)量分布的特性,我們將61顆測(cè)量到自旋周期的NS在20 ms上下分為毫秒中子星(MSP)和正常中子星(PSR)兩類,發(fā)現(xiàn)雖然這兩類NS都能擬合出雙峰,但是PSR的并沒有表現(xiàn)出明顯的雙峰結(jié)構(gòu),MSP比PSR的統(tǒng)計(jì)平均質(zhì)量大大約0.22 M_?。根據(jù)吸積理論,這表明NS在誕生后吸積約0.22 M_?的物質(zhì)后,自旋可能達(dá)到毫秒量級(jí)。并通過NS質(zhì)量與周期在-上的分布,擬合出質(zhì)量與周期之間的關(guān)系為:M=1.4+(P/ms)~(-3/2)。
【圖文】：

脈沖星,射電脈沖星,主要方式