脉冲星磁层中的线偏振辐射及传播

This project is proposed to study the emission and propagation of linear polarization in pulsar magnetosphere. The polarization of integrated profiles of most pulsars is predominantly linear, which exhibits various polarization features. These features are closely related to emission processes and propagation effects. Most of the previous researches investigated merely the emission processes or the propagation effects. They should be considered together to explain observational facts. However, such investigations are rare. In our project, we will study the polarization features for the emission generated by curvature radiation, and then trace their modifications during wave propagation in pulsar magnetosphere through numerical calculations and simulations. By considering the emission and propagation with various magnetic field and plasma conditions, we should be able to obtain various wave mode evolutions and finally get diverse polarization profiles. These results will be compared with the diverse observation facts, and probably explain highly polarized pulse components, orthogonal modes and the reduction of linear polarization with increasing observation frequency.

本课题重点研究脉冲星磁层中的线偏振辐射和传播。脉冲星的积分轮廓通常由线偏振主导并且呈现出丰富的偏振特征。这些偏振特征与具体的射电辐射和传播过程密切相关。但是，前人工作大多只单独考虑辐射或只研究传播过程。辐射和传播的联合研究很少，以致很多观测现象的本源并不清晰。在本项目中，我们将采用数值计算的方法研究脉冲星磁层中的偏振曲率辐射，并追踪所产生的偏振波在磁层中的传播。通过考虑多种磁层以及等离子体条件下的辐射和传播过程，我们将得到多样性的偏振模式分布和偏振脉冲轮廓。这些结果将与多样性的观测事实做比较，其将帮助我们理解高偏振脉冲成分、正交模式以及线偏振度随频率升高而降低等观测现象。

本项目研究了：在各种磁层构型和等离子体条件下，沿开放磁力线运动的相对论粒子经由曲率辐射产生的辐射波的偏振状态；偏振波在磁层等离子体中的传播过程，包括单一偏振辐射波的传播，1/γ锥形辐射区内偏振波的传播以及整个射电辐射束内偏振波的传播；高偏振脉冲成分、模式跳变以及线偏振度随频率演化等观测现象的成因。此外，还观测研究了13颗脉冲星的星际闪烁现象并用HHT方法分析18颗测时脉冲星的DM时间序列。通过本项目，我们：1）明确了各种磁层等离子体环境下相对论粒子的偏振射电辐射过程以及各种传播效应对辐射波偏振状态的影响；2）建立了自洽的偏振曲率辐射和传播模型以深入理解各种磁场构型和等离子环境中的偏振辐射状态，包括模式分布、强度比例、随频率演化等特征；3）发展了一套系统性的数值计算方法以用于定量计算各种磁层等离子体环境中辐射波的偏振状态；4）成功解释了脉冲星线偏振度随频率的演化和高偏振脉冲成分的成因，着重指出转动和折射在脉冲星偏振度方面的重要贡献；5）通过佳木斯观测得到对大多数脉冲星而言最高频率的动态谱从而对星际介质的湍动谱进行限制，并利用所得到的二次谱特征估计3颗脉冲星的散射屏的距离；6）给出各颗脉冲星DM的长期变化趋势和周年变化特征，并指出周年变化与太阳风的相关性。