MeV脉冲星搜索以及辐射机制研究

At high-energy γ-rays(>100MeV), the Large Area Telescope (LAT) on board Fermi has already detected more than 145 rotation-powered pulsars (RPPs). While only 18 RPPs have been securely detected at hard X-ray over 20 keV, which present non-thermal pulse emission. The non-thermal emission model proposed by Diego Torres can fit the spectrum of the RPPs very well and predicted that the emission flux will reach maximum near MeV. The CsI detector on board Insight-HXMT is sensitive to soft gamma ray with energies in the range from 0.3MeV to 3MeV with a nearly all sky field of view and large sensitive area up to 1000cm2. The CsI detector on board Insight-HXMT could be able to monitor the pulsars in a scan survey mode with a duration up to years in the MeV range. The Insight-HXMT observation of pulsar can give a measurement of the soft γ-ray flux in the range from 0.3MeV to 3MeV. This can break the degeneracy of the non-thermal pulsar emission model parameters and give stringent constraints. The CsI detectors on-board Insight-HXMT is similar to Fermi-LAT with a large field of view and sensitive area. So, it's potential for Insight-HXMT to perform a blind search for the MeV pulsar based on the same time-domain difference technique with Fermi-LAT. The detection of MeV pulsar by Insight-HXMT can drive the study of pulsar emission properties.

在高能γ射线频段(>100MeV)Fermi-LAT发现了超过145个自转驱动脉冲星，目前探测到大于20keV非热X射线辐射的自转驱动脉冲星只有18个。Diego Torres等提出的自转驱动脉冲星非热辐射模型辐射流强在MeV达到极大值，但现有卫星观测结果在~MeV缺乏有效的数据，对非热辐射的模型难以给出有效的限制。Insight-HMXT卫星的CsI探测器在0.3~3MeV具有近似全天的视场，同时有效面积也达到了1000cm2的量级，因而可以在MeV对已知脉冲星以巡天扫描模式进行长期监测，并测量非热辐射X射线脉冲星的软γ辐射流强，推动非热辐射脉冲星辐射机制的研究。慧眼-HXMT的CsI探测器与Fermi-LAT类似，具备大视场全天扫描以及大的有效面积，基于时域差分算法可以建立盲找机制，在MeV波段独立的发现新的脉冲星，促进脉冲星的研究进展。

Insight-HXMT卫星的CsI探测器在0.3~3MeV具有近似全天的视场，可以在MeV对已知脉冲星进行长期监测，并测量非热辐射X射线脉冲星的软γ辐射，推动非热辐射脉冲星辐射机制的研究。本项目的主要开展非热辐射脉冲星MeV辐射观测，利用Fermi数据中的已知脉冲星进行脉冲折叠，得到~MeV能段软γ射线流量；开展MeV脉冲星搜索，利用Insight-HXMT的CsI观测数据，基于时域差分开展数据挖掘和脉冲星搜索。本项目根据Fermi-LAT卫星的观测数据，建立了具有高能辐射的脉冲星星历表，折叠Insight-HXMT的数据，发现PSR J0534+2200、J0833-4500和B1509-58三颗脉冲星具有MeV的脉冲辐射，并折叠Fermi-GBM的数据进行了交叉验证，发现PSR J0534+2200的双峰结构随着能量在演化，PSR B1509-58的脉冲宽度随能量增加而变窄，PSR J0835-4500脉冲轮廓第二峰在2-4MeV消失，说明PSR J0835-4500在MeV波段的辐射存在更多机制需要理解。为了能够在更大的频率范围内搜索脉冲星，我们基于光子到达时间差分进行傅里叶变换实现了脉冲信号的盲搜，针对Crab等脉冲星进行的测试，发现可以快速寻找到脉冲信号。. 脉冲星的辐射机制与内部结构一直是脉冲星研究领域的两个基本问题。我们利用慧眼卫星的观测数据，利用脉冲星的长期演化和短时标变化（如周期跃变、状态变化等）相结合的方法探究脉冲星的辐射起源。我们研究了在Insight-HXMT观测期间Crab脉冲星两次周期跃变（2017年和2019年）前后的脉冲轮廓，发现脉冲轮廓并未随着偏振的变化而变化；利用NICER以及Insight-HXMT对Crab的长期观测数据，开展了相位分解谱以及脉冲轮廓随能量演化的分析，发现谱指数的极值点相位与分能量的脉冲轮廓转折点一致；对Crab脉冲星5个spin-up现象的跃变进行了研究，并分析了类Vela的周期跃变，发现周期跃变幅度与F1幅度比值和两次周期跃变时间间隔存在相关性；分析了2011年12跃PSR B0540-9的自转减速率突然增加的事件，首次在观测上建立了从脉冲星自转减速率突变，星风增强到星风与变量的时间和逻辑关系，证明星风是导致该脉冲星自转变慢的主要原因。