FAST预研: 脉冲星辐射的观测和理论研究

The application intends to utilize the existing radio telescopes to do some pilot pulsar study for the 500-meter aperture spherical radio telescope (FAST). The applicants will use Shanghai 65 meters, Kunming 40 meters and Xinjiang 25 meters radio telescopes to observe some pulsars, then process the observational data and make theoretical analysis. The radio radiation mechanism will be studied by means of the mult-wavelength pulse profile obtained from this project. The radiation mechanism and the radiation location also will be studied from radio band to gramma ray band combining with the data obtained from the Fremi satellite, which could be used to check different radiation models. The applicants have some experience on pulsar observations and theoretical basis. They have used a foreign radio telescope to do pulsar polarization and profile observations. And they have studied the pulsar theory on radio radiation, gramma ray radiation mechanism, radiation location and spectrum fitting for many years. This project seeks to seize the opportunities of domestic new large radio telescope to do some related observational and theoretical studies, and to prepare in advance for FAST pulsar observations as well as to train the reserve talents.

本项目旨在利用国内现有射电望远镜，为在建的大科学工程500米口径球面射电望远镜（FAST）进行预先的脉冲星相关课题研究。拟利用上海65米、昆明40米、新疆25米等望远镜对一些脉冲星进行观测，处理获得的观测资料并进行理论分析，即利用观测到的多波段脉冲轮廓数据来研究脉冲星射电辐射机制；同时结合Fermi卫星伽玛射线波段和其他波段的观测数据来进行脉冲星射电到伽玛射线波段的辐射机制和辐射部位的研究，甄别不同的辐射模型。此项目团队中部分成员拥有脉冲星的观测经验和理论基础。曾利用国外射电望远镜进行脉冲星脉冲轮廓、偏振特性等方面的观测；在脉冲星射电辐射、伽玛射线辐射机制，辐射部位及频谱拟合方等面有多年的研究经验。力求抓住国内新建射电望远镜提供的难得的机遇，进行相关的观测和理论研究，并争取为FAST的课题研究和人才培养做好储备。

按原研究计划围绕将来 FAST 关于脉冲星的研究，开展了相关的观测和理论预先研究，研究进展顺利。共发表SCI论文23篇， EI 1篇。 主要研究内容为：1）利用上海射电天马望远镜、云南40米射电望远镜的新观测数据并结合国际上相关的数据，进行了脉冲星射电辐射机制的研究，观测结果与我们提出的射电辐射逆康谱散射（ICS）模型符合的很好。此方面已发表SCI论文3篇；2）高灵敏度的费米伽玛射线望远镜发现了很多新伽玛射线脉冲星，利用费米伽玛射线、射电和X射线波段的数据，开展了多波段辐射机制的研究，选取了一个有代表性的毫秒脉冲星PSR B1821-24，对其多波段脉冲轮廓进行深入的观测和理论研究，对多波段辐射区位置和带电粒子产生机制等提出观测与理论的制约；另外，还通过欧洲VLBI观测网对著名毫秒脉冲星PSR J0218+4232历时三年、5个历元的观测，第一次得到了其自行和距离，并由此得到其伽玛射线辐射功率并排除了一些脉冲星高能辐射模型，即外间隙（Outer gap）模型和缝间隙（Slot gap）模型。此方面发表SCI论文2篇。3）开展了脉冲星测时方面的研究，在国内利用云南台40米望远镜进行观测以及参与欧洲脉冲星测时阵列的相关工作。发表了相关SCI论文（MNRAS）10余篇。和合作者一起利用发表的20年数据， 得以获得在nHz频段引力波背景的强度上限， 首次系统地测量了42颗毫秒脉冲星的时间噪声特性， 搜索引力波点源并给出上限。此本项目三个主要研究内容的顺利开展，为FAST输入了观测和理论研究的人才，此项目对完善脉冲星辐射模型及测时应用（如脉冲星导航、脉冲星钟等）有重大的意义。