脉冲星在银河系内的分布
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脉冲星在银河系内的分布. 国家天文台 王陈 2009 年 7 月 23 日. 摘 要. 银河系内的脉冲星分布 观测到的正常脉冲星的分布 观测到的毫秒脉冲星的分布 脉冲星的高速运动 观测到的脉冲星高速运动 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动 踢出速度与自转的关系 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较 银河系内脉冲星的内禀分布 脉冲星诞生率、演化和死亡线 光度分布和空间分布 脉冲星高速度对空间分布的影响 银道面附近的脉冲星分布. 脉冲星 P-Pdot 分布图. 脉冲星的种类 正常脉冲星 毫秒脉冲星 P < 100 ms Pdot < 1e-17

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脉冲星在银河系内的分布

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脉冲星在银河系内的分布

国家天文台 王陈

2009年7月23日


5606944

摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星 P-Pdot 分布图

  • 脉冲星的种类

  • 正常脉冲星

  • 毫秒脉冲星

    • P < 100 ms

    • Pdot < 1e-17

  • AXP和SGR(磁星)

    • 周期长 5-12s

    • B*>1e14G

    • 高能辐射


5606944

  • 脉冲星的种类

  • 正常脉冲星

  • 毫秒脉冲星

    • P < 100 ms

    • Pdot < 1e-17

  • AXP和SGR(磁星)

    • 周期长 5-12s

    • B*>1e14G

    • 高能辐射


5606944

  • 脉冲星的种类

  • 正常脉冲星

  • 毫秒脉冲星

    • P < 100 ms

    • Pdot < 1e-17

  • AXP和SGR(磁星)

    • 周期长 5-12s

    • B*>1e14G

    • 高能辐射


5606944

摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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观测到的正常脉冲星分布

  • 现在总共观测到 约1700颗 正常脉冲星(估计银河系中脉冲星总数约为100,000颗)

  • 巡天观测主要是通过射电波段(如 400MHz,1400MHz 等)

  • 观测有很强的选择效应,如:

    • 平方反比率,越远的脉冲星越暗(S=L/d^2)

    • 银河系中心及另外半边(相对太阳)电子柱密度较大,星际色散(DM)和星际散射都很严重。


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正常脉冲星的空间分布

1715颗正常脉冲星在银河系内的分布

银盘


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脉冲星( |b|<20°)沿银经的分布

正常脉冲星( |b|<20°)在银盘上的投影分布

Sun

perseus

Carina

Sagittanius

Crux

在旋臂上有聚集效应

+

Scutum

Norma

选择效应:太远,或 DM太大,看不见

Kramer et al. 2003, MNRAS, 342,1299


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脉冲星沿垂直于银盘方向( z 方向)的分布

标高:

脉冲星:~ 300 pc

星族 I 恒星:50~100 pc

-1.5

-1.2

-0.9

-0.6

-0.3

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

Z (kpc)


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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毫秒脉冲星(MSP)的分布

  • 扣除球状星团中的 MSP,约有100颗。

  • 周期小,难观测(星际色散、散射影响较大)。D<3kpc,或在球状星团中。

  • 大部分在双星系统中,伴星一般质量较小

  • 银盘投影密度28+-12kpc^-2

  • 标高~500pc,与其前身LMXB基本吻合。

  • L>0.3 mJy kpc^2的 MSP 约有 200000 颗。


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毫秒脉冲星的分布:相对弥散较大

MS分布图 fromATNF


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脉冲星的位置不是一直不变的!!运动得很快!


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233个脉冲星在银河系中的运动

圆圈表示脉冲星,线条表示预测的脉冲星在100万年内的运动轨迹(不考虑脉冲星径向速度)

银道坐标

Hobbs figure

Hobbs et al. 2005, MNRAS, 360, 974


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星速度及观测分布

  • 可观测量:

    自行(PM):脉冲星在天空背景上投影位置的变化(角速度,单位:毫角秒每年,mas/yr)

  • 自行的观测方法:

    • 脉冲星测时(timing)观测可直接得到脉冲星在天空背景上的自行角速度。绝大多数脉冲星的自行都是用这种办法。(PA chapter 5)

    • 干涉阵测量脉冲星的星际闪烁限制其自行速度 (PA chapter 21.8)

    • 直接测量脉冲星位置随时间的变化。

      注意:如果知道脉冲星到我们的距离,就可以算出其绝对自行速度Vperp(Km/s)

  • 自行速度Vperp只是天球面上的速度(垂直于视线方向)。


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Guitar Nebular (吉他星云)中的脉冲星 B2224+65 的高速运动

B2224+65

V = 1640 (D/1.6 kpc) km/s


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1994

2001

Vperp = 1640 (D/1.6 kpc) km/s

2001:外圈

1994: 内圈

Guitar Nebular (吉他星云)中的脉冲星 B2224+65 的高速运动


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SNR G5.4-1.2附近脉冲星 1757-24 的高速运动


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其它年轻脉冲星的高速运动

Bow shock:

J0437-4715


B1508 55

B1508+55

VLBA用三角视差法测量脉冲星的距离和速度

D = 2.37 +0.23-0.20 kpc

PM = 96.6 mas/yr

V = 1083 +103-90 km/s

位置随时间移动

( P = 0.7397 s )


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233个脉冲星自行速度的2D分布(垂直视线方向速度)

特征年龄 t_c < 3 Myr

所有233个脉冲星

毫秒脉冲星

正常脉冲星

(非recycled)

<V2D>=246(22) Km/s

<V3D> = 4<V2D>/ = 2<V1D>

<V2D>=87(13) Km/s

Hobbs et al. 2005, MNRAS, 360, 974


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为什么脉冲星速度这么大?

  • 脉冲星前身是OB型星,速度 ~ 30 Km/s

  • 脉冲星速度 100-500Km/s, 个别>1000 Km/s

问题?


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星高速度的起源

  • 可能原因:

    • 双星轨道破裂(超新星爆炸时发生)

      一般只能产生不大于100Km/s的速度, 想得到更高的速度要求爆炸前双星距离非常小。

    • 不对称超新星爆炸给予中子星踢出速度

      可以达到1000Km/s以上。


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不对称超新星爆炸导致脉冲星高速运动

火箭效应

SNR

shell

pulsar

Core

Vkick

不对称超新星爆炸给予中子星踢出速度


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V ~ 1600 Km/s

L ~ 6.5 kly

D ~ 0.015°

T ~ 300 y

证据:成协的脉冲星/超新星遗迹系统

Guitar Nebular

B2224+65

SNR


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L

S

Vkick

S

S

S L

轨道进动

B star

PSR J0045-7319

(P=0.93s, Porb=51 day)

L

踢出速度和不对称爆炸的证据

  • 脉冲星双星系统中的观测特性需要踢出速度的存在

    • PSR J0045-7319双星系统 (pulsar/B-star)

    • PSR B1913+16和PSR J0737-3039

    • 一些双星其系统速度很大,如X-ray双星Circinux X-1(V_sys > 500 Km/s),以及PSR J1141-6545 (V_sys ~ 125 Km/s),

    • Be/X-ray双星的高偏心率,必须有kick速度的存在

  • 超新星和超新星遗迹的直接观测证据

    • 对SNe和SNRs的直接观测显示超新星爆炸非球对称

S

L


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L

S

He star

Vkick

S

L

L

S

S

PSR B

(P=2.77 s)

PSR J0737-3039A

(P=22.7 ms)

PSR 1913+16

踢出速度和不对称爆炸的证据

  • 脉冲星双星系统中的观测特性需要踢出速度的存在

    • PSR J0045-7319双星系统 (pulsar/B-star)

    • PSR B1913+16和PSR J0737-3039 (MSP/NS)

    • 一些双星其系统速度很大,如X-ray双星Circinux X-1(V_sys > 500 Km/s),以及PSR J1141-6545 (V_sys ~ 125 Km/s),

    • Be/X-ray双星的高偏心率,必须有kick速度的存在

  • 超新星和超新星遗迹的直接观测证据

    • 对SNe和SNRs的直接观测显示超新星爆炸非球对称

S

Orbital e=0.088, Porb=2.45h

Systemic proper motion:

Vkick>100 km/s

L


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踢出速度和不对称爆炸的证据

  • 脉冲星双星系统中的观测特性需要踢出速度的存在

    • PSR J0045-7319双星系统 (pulsar/B-star)

    • PSR B1913+16和PSR J0737-3039

    • 一些双星其系统速度很大,如X-ray双星Circinux X-1(V_sys > 500 Km/s),以及PSR J1141-6545 (V_sys ~ 125 Km/s)

    • Be/X-ray双星的高偏心率,必须有kick速度的存在

  • 超新星和超新星遗迹的直接观测证据

    • 对SNe和SNRs的直接观测显示超新星爆炸非球对称

S

L


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踢出速度和不对称爆炸的证据

  • 脉冲星双星系统中的观测特性需要踢出速度的存在

    • PSR J0045-7319双星系统 (pulsar/B-star)

    • PSR B1913+16和PSR J0737-3039

    • 一些双星其系统速度很大,如X-ray双星Circinux X-1(V_sys > 500 Km/s),以及PSR J1141-6545 (V_sys ~ 125 Km/s)

    • Be/X-ray双星的高偏心率,必须有kick速度的存在

  • 超新星和超新星遗迹的直接观测证据

    • 对SNe和SNRs的直接观测显示超新星爆炸非球对称

S

L


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踢出速度和不对称爆炸的证据

  • 脉冲星双星系统中的观测特性需要踢出速度的存在

    • PSR J0045-7319双星系统 (pulsar/B-star)

    • PSR B1913+16和PSR J0737-3039

    • 一些双星其系统速度很大,如X-ray双星Circinux X-1(V_sys > 500 Km/s),以及PSR J1141-6545 (V_sys ~ 125 Km/s)

    • Be/X-ray双星的高偏心率,必须有kick速度的存在

  • 超新星和超新星遗迹的直接观测证据

    • 对SNe和SNRs的直接观测显示超新星爆炸非球对称

S

L


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脉冲星踢出速度的物理机制

  • 三种主要机制

    • 流体动力学驱动机制:不对称物质抛射

    • 磁场-中微子驱动机制:不对称辐射

    • 电磁驱动机制:偏心磁偶极子的不对称辐射


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~107g/cm3

~109.5K

~0.4M

O

Si

Burning shells

Fe core

  • 流体动力学驱动机制

    • 塌缩核内质量分布不对称,使得超新星爆炸不对称,导致质量火箭效应(mass-rocket)

    • 不对称起源于爆炸前星核的超稳振荡(由壳层核燃烧驱动),如 非径向的g-mode 振荡,另外 O-Si包层中的强烈对流可能导致更大的不对称性。

    • 振荡幅度在塌缩过程中可以增大5-10倍。

    • 作用时标比较短, ~ 100 ms

Seed for global asymmetry


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  • 中微子-磁场驱动机制

    • 塌缩引力能的99%都是转化为中微子辐射出去

    • 超强磁场导致不对称的中微子辐射,使得中子星获得反冲的kick速度(neutrino rocket)

    • 需要很强的初始磁场 (不小于1e15 G)

    • 作用时标~1s

    • 几种可能的作用方式:

      • 弱相互作用宇称不守恒

      • 不对称的磁场强度分布

      • 磁场动力学效应


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BN

BS

1. 弱相互作用宇称不守恒

在强磁场中,中微子宇称相对于磁场方向是不对称的

不对称中微子辐射

要求磁场: Vkick ~ 50 B15 km/s

2. 不对称的磁场强度分布

中微子吸收系数取决于|B|,使得不同地方辐射的中微子强度不同。

要求 Vkick ~ 300 km/s

3. 磁场动力学效应

中微子驱动的对流会使某些区域会形成“暗斑”,导致辐射不对称。也要求磁场~1e+15 G

以上机制都要求: B>1015G


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  • 电磁驱动机制(Harrison & Tademaru effect, 1975)

    • 如果脉冲星的磁偶极子是偏心的,当其旋转时,磁偶极辐射会带走动量,从而对脉冲星有反冲作用,产生kick速度

    • 发生在脉冲星诞生之后,时标非常长(107 s,不是“突然”的踢出)

    • Kick 速度取决于转动动能的损耗。

    • 要求初始自转周期比较小(P_i < a few ms)

      Vkick = 1400 (1 ms/P_i ) Km/s

Ω

μ


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如何限制踢出机制!

踢出速度与其它物理量的关系


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


Spin kick relation

脉冲星踢出速度与自转的关系(spin-kick relation)

  • 与踢出速度相关的物理量有没有???

    有:脉冲星自转轴方向(spin)

  • 速度方向比较容易知道

  • 脉冲星自转轴方向比较难以限制

    三种测量(限制)spin方向的方法:

    • 利用年轻脉冲星星风云的形态来确定spin;

    • 利用脉冲星偏振轮廓数据来限制spin;

    • 对双星系统,可以通过其现在的轨道参数来限制spin-kick关系。


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Ψrot

Ψrot

V

利用年轻脉冲星星风云的形态来确定spin

Chandra X射线望远镜对年轻脉冲星星风云的观测

Vela

Crab

V


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Wang, Lai & Han 2006, ApJ

  • 观测显示对这几颗年轻脉冲星,其自转轴方向与自行方向都比较一致

  • 其初始周期 < 100 ms (除了J0538+2817)

数据太少,而且这种方法只对周围有脉冲星星风云的年轻脉冲星有效!


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脉冲星偏振轮廓限制脉冲星自转轴投影方向

利用有S型偏振轮廓的脉冲星观测数据,我们得到24颗脉冲星自转轴投影方向以及 spin-kick 夹角.

spin-kick 方向趋于一致

Wang, Lai & Han 2006, ApJ


Spin kick

脉冲星双星系统中限制Spin-kick关系方法与假设

  • 两个假设:

  • 爆炸前轨道圆化和同步假设,即

  • B星的爆炸不影响A星的质量和运动(爆炸瞬间)

A

B

(He star)

爆炸前

B星SN爆炸

A

爆炸后

B

(NS)

θ为L_i与L_f的夹角;γ为V_k与L_i的夹角


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A

爆炸后

B

(NS)

  • 关键是θ值(前后轨道角动量之夹角)的测量:

    • 掩食光变曲线  S_Bf与L_f的夹角。如对双脉冲星系统

      PSR J0737-3039。

    • 测地岁差(geodetic procession) S_Af与L_f的夹角,

      因为S_Af //S_Ai // L_i  即为L_i与L_f的夹角θ


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  • 双中子星系统(NS/NS):ms pulsar + NS,8个

  • 脉冲星与大质量伴星(Pulsar/MS)系统:3个

  • 年轻脉冲星与重白矮星伴星系统(Pulsar/MWD):2个

  • 大质量X射线双星(HMXB):仅考虑高偏心率的HMXB,5个


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计算结果:脉冲星/大质量伴星系统


Pulsar mwd

Pulsar/MWD

e较大的HMXB


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踢出速度与自转的关系小结

  • 年轻脉冲星的星风云和射电脉冲星的偏振观测显示spin与kick间有较强的关联:其方向趋于一致。前者相应的初始周期一般小于100 ms。

  • 双星系统中kick与前中子星的spin一般不一致。相应中子星spin周期在几百毫秒左右。


Spin kick1

如果 ,垂直自转轴方向的踢出力被平均抵消了,只剩下平行方向的持续作用力

Spin-kick方向一致

如果 ,垂直自转轴方向的踢出力没有被抵消

Spin-kick方向不一致

spin-kick 方向一致性的起源

基本原理:


Spin kick2

Spin-kick关系对踢出机制的限制

  • 年轻脉冲星的星风云和射电脉冲星的偏振观测显示spin与kick间有较强的关联:其方向趋于一致。前者相应的初始周期一般小于100 ms。

  • 双星系统中kick与前中子星的 spin 一般不一致。相应中子星 spin 周期在几百毫秒左右。

观测结果

踢出时标约为 几百 毫秒到 1s

电磁驱动机制不起主要作用,

流体动力学机制和磁场-中微子驱动机制可能性较大。


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星动力学年龄与特征年龄

  • 动力学年龄:脉冲星以现在的速度从银盘诞生地运动到现在位置所需的时间。

  • 特征年龄:磁偶极辐射使脉冲星损失自转角动量,从而周期变大,从开始较小周期到现在周期所需的时间为特征年龄

  • 特征年龄与动力学年龄之比较

    • 对年轻脉冲星,二者比较一致

    • 年老脉冲星其动力学年龄

      一般小于特征年龄

    • 可能机制:磁场耗散使Pdot变小

      从而

Plot:t_c – t_k


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星“流量” J(P)

P+dP

P


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脉冲星诞生率

类比:水的流量

  • 脉冲星“流量” J(P)

    • 分布函数

    • 流量:P-P+dP之间脉冲星的流量

  • 诞生率(单位:个/世纪)= 流量


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观测到的脉冲星流量随 P 的分布

不考虑 beaming 效应

最大值: 0.34±0.05 PSRs/century

or 每300年一个

考虑 beaming 效应

最大值: ~ 1.4 PSRs/century

or 每60年一个

估计:诞生率约为每60 - 300年一个(光度L_400>1 mJy kpc^2)

与超新星发生频率(50年一个)吻合。

Lorimer et al. 2006 MNRAS


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脉冲星的演化与死亡线

  • 脉冲星在P-Pdot图上的演化:

  • P变大,Pdot变小

  • 磁场不变时:

  • PxPdot在演化中保持不变

  • 磁场实际上在减小

  • 当 pair production 停止时:

  • 脉冲星死亡  死亡线

  • 死亡线的位置取决于加速区域和机制

death-line

recycled


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星的内禀空间分布和光度分布

  • 由于观测的选择效应,观测分布与内禀分布可能不一样

  • 内禀空间分布和光度分布

    • 径向分布

    • 垂直银盘方向分布

    • 光度分布 ,光度

  • 研究这些分布有利于

    • 了解脉冲星的诞生和演化

    • 指导观测


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脉冲星的内禀空间分布和光度分布

  • Monte Carlo模拟得到内禀分布

    • 假定三个分布是独立的

    • 设定初始参数, Monte Carlo模拟得到分布

    • 考虑观测效应,将分布与观测对比

    • 调整初始参数,使模拟结果与观测符合的最好

      注意:结果严重依赖于电子密度模型(定距离用)

      • S-model,环向对称,平滑模型

      • C-model,(NE2001)考虑星际介质的成团性(包括旋臂结构)。

更合理!


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径向分布

Ne S-model

可以用gamma函数拟合

  • 朝银心方向增大,反银心方

  • 向变小

  • 靠近银心附近密度较小

  • 峰值在离银心3kpc左右

Ne C-model

Sun

Lorimer et al. 2006, MNRAS, 372, 777


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偏心的 gamma 函数拟合

Yusifov & Kucuk, 2004, A&A, 422, 545


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Ne S-model

标高~180pc

z 分布

可以用指数函数拟合

Ne C-model

标高~330 pc (与观测分布基本一致)

>>星族I恒星标高 50-100 pc

标高~330pc

Lorimer et al. 2006, MNRAS, 372, 777


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光度L分布

Ne S-model

可以用幂律函数拟合

  • 以前采用的分布:

即:F=-1

  • 最新拟合发现:

  • F=-0.77(Ne C-model)

Ne C-model

(光度L<0.1 mJy kpc2的脉冲星很难计数)

Lorimer et al. 2006, MNRAS, 372, 777


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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脉冲星相对于银道面的运动

大致上远离银道面运动!

银盘

Hobbs et al. 2005, MNRAS, 360, 974


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脉冲星高速度对其在银河系中分布的影响

  • 脉冲星前身星-大质量恒星都集中分布在银盘上,其标高很小(50 -100pc),脉冲星刚诞生时也应该位于这个分布内。

  • 超新星爆炸给予的高kick速度使得脉冲星重新分布

  • 可以用模拟的方法研究高速度对分布的影响


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脉冲星分布的模拟研究

位置、速度和年龄

磁场和周期等

初始样本

动力学

其它量随时间演化

演化后的样本

K-S检验

选择效应

可“观测”的样本

观测数据

See the review by Dunc Lorimer: astro-ph/0308501


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脉冲星分布的模拟研究:结果

初始标高60pc,

初始速度弥散300Km/s

Sun & Han 2004, MNRAS, 350, 232

Sun & Han 2003, MNRAS


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摘 要

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速运动

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生率、演化和死亡线

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布


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银道面和银心区域中的脉冲星

  • 银道面特别是银心上电子密度比较大,星际散射很严重。

    脉冲散射长度正比于 v-4,低频散射较严重

  • 低频(400MHz)巡天很难发现银道面(包括银心)上的脉冲星,高频(1400MHz)才可以

  • 通过高频巡天在银盘发现了大约85颗脉冲星

  • 这些银道面上的脉冲星都比较年轻 (刚诞生)

  • 通过这些脉冲星的星际散射可以研究银盘的性质


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星际散射对脉冲宽度的影响


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总 结

聚集在银盘和旋臂上

  • 银河系内的脉冲星分布

    • 观测到的正常脉冲星的分布

    • 观测到的毫秒脉冲星的分布

  • 脉冲星的高速运动

    • 观测到的脉冲星高速运动

    • 不对称超新星爆炸导致脉冲星的高速度

    • 踢出速度与自转的关系

    • 脉冲星动力学年龄与特征年龄的比较

  • 银河系内脉冲星的内禀分布

    • 脉冲星诞生、演化和死亡

    • 光度分布和空间分布

    • 脉冲星高速度对空间分布的影响

    • 银道面附近的脉冲星分布

弥散较大

<V> ~ 256 Km/s,部分>1000Km/s

三种踢出机制

spin-kick关系限制踢出机制

磁场耗散导致 t_k<t_c

诞生率~ 60-300年一个,死亡线

ρ(R): Gamma函数;ρ(z): 指数;ρ(L): 幂率分布

其z方向标高随时间而增大

物质密度高,散射严重


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谢 谢!


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原理:偏振轮廓的旋转矢量模型

Other examples

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