脉冲星制动的理论和观测研究

Braking is one of the most basic scientific problems of the pulsar, which concerns the understanding of most of the basic properties, such as the age, the magnetic field strength, and the evolution of a pulsar. Recently, some of the observations challenge the traditional braking theory gravely, which, at the same time, provide an excellent opportunity to study new braking theories, as well as provide the necessary conditions. This project intends to study pulsar braking in both theory and observation. On one hand, we will develop and refine the braking mechanisms in theory, study the observational differences of a pulsar braking by different mechanisms, seek a method to identify the braking mechanisms. On the other hand, we will try to identify the braking mechanisms of some pulsars with the help of the Nanshan 25 m telescope and the others radio telescopes inland, as well as using the multi-wavelength observational results of the telescopes abroad. The proposer and the main participators have experience of research on pulsar braking, especially on disk braking and wind braking. And they have mastered the necessary observational methods. This project could dig and use the observation ability and existing data of the radio telescopes inland, promote the development of the study of pulsar and radio astronomy inland.

制动是脉冲星研究最基本的科学问题之一，关系到对脉冲星的年龄、磁场、演化等许多基本性质的正确认识。近年来的一些观测结果对传统的脉冲星制动理论提出了严峻的挑战，这也给研究新的脉冲星制动机制提供了极好的机会和条件。本项目拟对脉冲星制动做理论和观测上的综合研究：理论上进一步发展和完善制动机制的理论工作，同时研究不同制动机制情况下的脉冲星在观测上的差别，探索鉴别制动机制的方法；观测上充分利用南山25米以及国内其它射电望远镜在脉冲星的脉冲轮廓、脉冲到达时间、能谱、偏振等方面的观测能力，并结合国际上其它望远镜多波段的观测结果，对个别脉冲星的制动机制进行鉴别。项目申请人和主要参与者对脉冲星制动机制，尤其是盘制动、星风制动，有深入的前期研究和成功经验，并掌握了必要的观测手段。本项目可以进一步发掘和利用国内射电望远镜的观测能力和现有资料，促进国内脉冲星和射电天文的发展。

制动是脉冲星研究最基本的科学问题之一，关系到对脉冲星的年龄、磁场、演化等许多基本性质的正确认识。近年来的一些观测结果对传统的脉冲星制动理论提出了严峻的挑战，这也给研究新的脉冲星制动机制提供了极好的机会和条件。本项目重点从理论上研究了磁星和部分特殊脉冲星分别在回落盘和星风作用下的制动，以及制动指数随时间的演化问题；研究了在不同制动情形下脉冲星的可观测辐射特征；研究了脉冲星的磁层结构和子脉冲漂移的物理。处理和分析了南山25米望远镜多年积累的制动相关数据。. 主要研究结果有：1）发现脉冲星在自相似回落盘制动下，制动指数可以从早期的大于3演化到后期的小于1，可以解释目前观测到的脉冲星制动指数的分布情况；2）当考虑脉冲星磁倾角的演化时，发现磁倾角趋于变得越来越小，脉冲星的制动指数可能因此演化，从最初的大于3到后来的接近1左右；3）发现部分磁星和脉冲星的周期演化过程中，回落盘的制动可能起到了主导的作用；4）发现当脉冲星与回落盘相互作用时，如果辐射还能形成，其辐射会有一些明显区别与普通射电脉冲星的特征；5）发现子脉冲漂移现象可能和磁层结构有非常密切的关系；6）从南山25米望远镜的脉冲星制动相关观测数据中新发现了一些glitch。. 本项目的结果表明回落盘和星风对于部分脉冲星的制动很可能起着主导的作用，因而对这些脉冲星的年龄、磁场、周期演化等许多基本性质的认识也需要重新考虑。项目结果最重要的意义在于，发现回落盘制动可能是比较普遍（至少是并不罕见）的现象，并且有可能可以通过辐射特征加以认证。这为将来进一步的理论工作打下了基础，也为观测认证提供了依据。同时，这也暗示着脉冲星回落盘可能是比较普遍存在的，为我们理解脉冲星的一些特殊观测现象、超新星的爆发机制、脉冲星的形成和演化都有较好的参考价值。