Исследование энергетических характеристик радиоизлучения пульсаров по наблюдениям в метровом диапазоне тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. П.Н. ЛЕБЕДЕВА

На правах рукописи УДК 524.354.4

Малов Олег Игоревич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ПУЛЬСАРОВ ПО НАБЛЮДЕНИЯМ В МЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

01.03.02 - астрофизика и звёздная астрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 7 ЯНЗ 2011

Москва

2010

4842944

Работа выполнена в филиале «Путинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН» учреждения Российской академии наук Физического института им. ГШ. Лебедева РАН (ПРАО АКЦ ФИАН)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук В.М. Малофеев, ПРАО АКЦ ФИАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук М-В. Попов, АКЦ ФИАН доктор физико-математических наук Г.С. Бисноватый-Коган, ИКИ РАН

Ведущая организация: Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ)

Зашита состоится _21_ февраля 2011 года в 15 час. 00 мин, на заседании диссертационного совета Д002.023.01 Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.53.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. ф.-.и. н.

Ю.А. Ковалев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

С момента открытия пульсаров прошло более 40 лет, но увеличивающийся поток работ говорит о важности исследования этих необычных объектов. Интенсивные исследования пульсаров ведутся в радиодиапазоне, оптике, рентгене и гамма-диапазоне. Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию пульсаров, многие важные области пульсарной физики остаются плохо изученными. В частности, это относится к исследованию энергетических характеристик (спектров, светимостей, профилей), классификации пульсаров и изучению аномальных источников, радиоизлучение от которых было зарегистрировано в последние несколько лет. До сих пор нет единого взгляда на механизм излучения пульсаров, структуру магнитосферы, а также их эволюцию. В частности, спорными являются вопросы о том, с какими периодами рождаются пульсары, и о различии в физике нормальных и миллисекундных пульсаров.

Исследование пульсаров в метровом диапазоне длин волн вызывает особенный интерес с точки зрения их энергетики, так как большинство наблюдаемых низкочастотных завалов в спектрах пульсаров начинается в районе частоты 100 МГц. Кроме того, в последние годы обнаружено несколько аномальных радиопульсаров с очень крутыми спектрами и максимумом также в районе частоты 100 МГц, в частности, Геминга, радиоизлучение от которой до сих пор не обнаружено на высоких частотах. Высокая чувствительность наших наблюдений обеспечивается Большой синфазной антенной ФИАН с

эффективной площадью около 30000 м2. БСА является самой крупной в мире антенной в метровом диапазоне длин волн и является уникальным инструментом для исследования пульсаров.

Дефицит наблюдений пульсаров на низких частотах, связанный с отсутствием чувствительных радиотелескопов, обеспечивает большинству наших исследований мировой приоритет.

Цели и задачи исследования

Основной задачей работы является исследование энергетических характеристик пульсаров в радиодиапазоне для получения новых данных о механизме их радиоизлучения и эволюции. Эта задача, в частности, включает в себя исследование различий в энергетике нормальных и миллисекундных пульсаров на основе богатого статистического материала, накопленного за последние годы. Обнаружение радиоизлучения от аномальных источников, а также исследование его характеристик также является целью настоящей работы.

Научная новизна

В диссертации получен ряд новых результатов. Обзор пульсаров, проведённый на радиотелескопе БСА на частотах 102 и 111 МГц является к настоящему времени самым большим низкочастотным обзором. Благодаря этому вычислены плотности потоков более 200 пульсаров и впервые получены средние профили ряда слабых пульсаров на частотах 102 и 111 МГц.

На основе новых спектров (Малофеев, 1999), полученных с использованием измеренных плотностей потоков, вычислены

интегральные радиосветимости более 300 пульсаров. Подтверждено различие в физике быстрых (миллисекундных) и нормальных (секундных) пульсаров.

Зарегистрировано пекулярное радиоизлучение от пульсара в Геминге, характеризующееся очень крутым спектром, большим разбросом в ширине и фазе прихода импульсов, вспышечным характером импульсов излучения. Есть указания на то, что этот пульсар может излучать в течение всего периода.

Обнаружена вспышка отдельного компонента импульса пульсара В0643+80. Этот эффект отличается по своим свойствам как от гигантских импульсов, так и от переключения мод.

Обнаружено радиоизлучение от пульсара J0205+6449 в остатке сверхновой ЗС58 и измерены его основные характеристики.

Достоверность результатов

Результаты диссертации получены с использованием апробированных методов наблюдений, обработки и анализа данных. Полученные результаты сопоставлены с имеющимися на сегодняшний день результатами работ других авторов.

На опубликованные работы, содержащие основные результаты диссертации, к настоящему моменту имеется 88 положительных ссылок, многие из которых - в ведущих зарубежных журналах (например: Kramer M., Bell J.F., Manchester R.N., Lyne G., Camilo F. et al., 2003, MNRAS, 342, 1299; McLaughlin, M. A., Cordes, J. M., Hankins, T. H., Moffett, D. A., 1999, ApJ, 512, 929; Ramachandran, R., Deshpande, A. A., Indrani, C„ 1998, AAp, 339, 787; Mattox, J. R., Halpern, J. P., Caraveo, P. A., 1998, ApJ, 493, 891; van Leeuwen, J.,

Steppers, В. W., 2010, ААр, 509, id. A7; Seiradakis, J. H., Wielebinski, R„ 2004, AAp Review, 12,239).

Практическая значимость

Результаты работы широко используются ведущими наблюдателями и теоретиками во всем мире, например: Bell J., Manchester R., Lyne A., Lorimer D., Graham-Smith F., Seiradakis J., Kramer M., Hankins T., Rankin J., Machabeli G., Camilo F., Ramachandran R., Deshpande A., Cordes G., Caraveo D., Halpern J., Stinebring D., Stappers В., Wielebinski R., Ransom S., Stairs I., Mitra D.

Измерения плотностей потоков используются при построении спектров пульсаров и исследовании низкочастотных завалов в спектрах, наблюдающихся на низких частотах.

Интегральные радиосветимости используются при исследовании природы рентгеновских пульсаров, источников с повторяющимся мягким гамма-излучением и пульсаров с очень большими периодами.

Характеристики радиоизлучения от пульсара в Геминге и пульсара J0205+6449 используются при исследованиях радиоизлучения других аномальных источников. Кроме того, данные по пульсару J0205+6449 используются при оптических исследованиях остатка сверхновой ЗС58.

Выявленные особенности в распределениях параметров пульсаров используются в работах по исследованию механизма радиоизлучения пульсаров.

Вариант кластерного анализа, описанный в настоящей диссертации, используется при исследованиях гигантских импульсов пульсаров.

Разработанный автором пакет программ для обработки наблюдений пульсаров используется сотрудниками ПРАО АКЦ ФИАН при исследовании данных, получаемых на радиотелескопе БСА ФИАН.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Построены средние профили 180 пульсаров на частотах 102 и 111 МГц. Измерены плотности потоков 235 пульсаров на частоте 102 МГц. С использованием новых данных по плотностям потоков, вычислены интегральные радиосветимости 311 пульсаров с периодами более 0.1 с и 27 пульсаров с периодами менее 0.1 с.

2. Выявлен ряд зависимостей энергетических характеристик (светимости, коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение) от других параметров пульсаров (таких, как период, магнитное поле па световом цилиндре, угол между направлением магнитного момента и осью вращения пульсара, скорость потерь энергии вращения). Построена функция светимости, оценено число активных пульсаров в Галактике и скорость их рождения. Проведен анализ зависимости светимости и коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение от различных параметров пульсаров с короткими и длинными периодами. Полученные результаты не противоречат модели генерации излучения у пульсаров с короткими периодами вблизи светового цилиндра.

Исследованы распределения ряда параметров (в частности, светимости, периода, расстояний от плоскости и от центра Галактики) более 500 пульсаров. Проведен кластерный анализ параметров пульсаров. Показано, что пульсары с периодами больше 1 с и с периодами меньше 0.1 с образуют два отдельных класса объектов.

3. Измерена полная ширина импульса 125 пульсаров на нескольких частотах, обнаружено ее существенное отличие от применяемой в каталогах величины IVW.

4. Проведены многочастотные наблюдения радиоизлучения от пульсара в Геминге. Впервые получены индивидуальные импульсы этого пульсара, проведен детальный анализ форм, длительностей импульса этого пульсара и фаз его прихода на частоте 102.5 МГц. Обнаружен вспышечный характер радиоизлучения, большой разброс длительностей и фаз прихода индивидуальных и интегральных импульсов. Есть указание на то, что пульсар в Геминге излучает в течение всего периода. Обнаружена вспышка радиоизлучения отдельного компонента импульса пульсара (PSR В0643+80). Этот и предыдущий результаты свидетельствуют о переменном характере излучения пульсаров.

Обнаружено радиоизлучение от пульсара J0205+6449 в остатке сверхновой ЗС58. Измерена ширина импульса на частоте 111 МГц и плотность потока этого пульсара на двух частотах.

5. Создан пакет программ для обработки многоканальных наблюдений пульсаров на телескопах ПРАО с учетом методических особенностей наблюдений этих объектов. С помощью этих программ обработано большое число наблюдений нескольких сотен пульсаров.

Публикации и личный вклад автора

Результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 13 статьях и 2 циркулярах MAC:

1. Малов И.Ф., Малов О.И., Соснов C.J1. «О полной ширине

импульса и структуре магнитосферы пульсара». Лстрон. Журн., 1993, т. 70, вып. 1, с. 47-60.

2. Малов И.Ф., Малов О.И. «Энергетические характеристики долгопериодических и короткопериодических пульсаров». Астрон. Жури., 1995, т. 72, № 4, с. 567-573.

3. Малов И.Ф., Малов О.И. «О некоторых особенностях в распределениях параметров пульсаров». Астрон. Журн., 1995, т. 72, № 4, с. 574-579.

4. Malov I.F., Malov O.I., Malofeev V.M. «The investigations of pulsar integrated radio luminosities». Astron. Astrophys. Transactions, 1996, Vol. 10, pp. 205-210.

5. Малов И.Ф., Малов О.И. «Кластерный анализ параметров пульсаров». Астрон. Журн., 1997, т. 74, № 1, с. 63-74.

6. Malofeev V.M., Malov O.I. «Detection of Geminga as a radio pulsar». Nature, Vol. 389, 16 October 1997, p. 697-699.

7. Shitov Yu.P., Malofeev V.M., Malov O.I., Pugachev V.D. «PSR J0633+1746». IAU Circular №6775,1997.

8. Малофеев B.M., Малов О.И., Щеголева H.B. «Обнаружение вспышки компонента импульса у пульсара PSR В0643+80». Астрон. Журн., 1998, т. 75, № 2, с. 275-280.

9. Малофеев В.М., Малов О.И. «Необычный профиль радиопульсара Геминги». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 1, с. 52-63.

10. Малофеев В.М., Малов О.И., Щеголева Н.В. «Плотности потоков 235 пульсаров на частоте 102.5 МГц». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 7, с. 499-509.

11. Тюльбашев С.А., Малов О.И. «Исследование слабых компактных радиоисточников». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 10,

с. 737-742.

12. V. Malofeev, О. Malov, A. Glushak. «PSR J0205+6449». IAU Circular №7775,2001.

13. Малофеев B.M., Малов И.Ф., Малов О.И., Глушак А.П. «Радиопульсар J0205+6449 в остатке сверхновой ЗС58». Астрон. Журн., 2003, т. 80, № 5, с. 449-457.

14. Малов И.Ф., Малов О.И. «Интегральные радиосветимости пульсаров». Астрон. Журн., 2006, т. 83, № 6, с. 542-555.

15. Малов О.И., Малофеев В.М. «Формы средних профилей импульсов радиопульсаров на частотах 102 и Ш МГц». Астрон. Журн., 2010, т. 87, № 3, с. 238-256.

В этих работах автором проведены измерения и исследования полной ширины импульсов пульсаров, средних профилей импульсов и интегральных радиосветимостей. Автор разработал алгоритмы для обработки многоканальных наблюдений пульсаров, для проведения кластерного анализа параметров пульсаров и вычисления интегральных радиосветимостей и провёл необходимые расчёты. Наблюдения на БСА ФИАН, в результате которых, в частности, обнаружено радиоизлучение пульсара в Геминге и пульсара J0205+6449, вспышка компонента импульса пульсара В0643+80, вычисление плотностей потоков пульсаров, анализ и интерпретация полученных данных выполнены при участии сотрудников ПРАО АКЦ ФИАН.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на научных сессиях АКЦ ФИАН, а также на следующих российских и международных конференциях:

Всероссийской радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург, 1997);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Краков,

1997);

Европейском рабочем совещании «Исследование и сравнение нормальных и миллисекундных пульсаров» (Пущино, 1998);

Школе-семинаре молодых радиоастрономов «Радиоастрономия в космосе» (Пущино, 1998);

Школе-семинаре молодых радиоастрономов «Сверхвысокое угловое разрешение в радиоастрономии» (Пущино, 1999);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Манчестер, 1999);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Гранада,

2000);

Международной гамовской научной школе (Одесса, 2002); Конференции молодых европейских радиоастрономов (Корк,

2004);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Кальяри,

2005);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Далфсен,

2006);

Рабочем совещании «Низкочастотные исследования пульсаров» (Лейден, 2008);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Порто,

2009).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 192 страницы, включая список литературы из 238 библиографических ссылок и 55 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дан краткий обзор исследований пульсаров. Коротко рассмотрены основные наблюдательные особенности пульсаров и теоретические модели. Особо выделены представления об энергетике пульсаров. Это связано с тем, что благодаря анализу энергетических характеристик получены основные результаты диссертационной работы. Также обоснована актуальность темы диссертации, представлены основные цели работы, научная новизна, практическая значимость и основные результаты, выносимые на защиту.

Глава I посвящена измерению плотностей потоков пульсаров на антенне БСА ФИАН (102, 111 МГц). Необходимость такой работы связана с малым числом наблюдательных данных на низких частотах. Наблюдения пульсаров с целью измерения плотностей потоков проводятся с записью калибровочного сигнала, величина которого определяется с помощью точечных дискретных источников с известными плотностями потоков. Для обработки наблюдений была разработана специальная методика, необходимая для выделения слабого сигнала с неизвестной фазой появления внутри периода. Эта методика включает поиск нулевого уровня, выравнивание усиления, чистку каналов, пораженных помехами, суммирование сигнала по

каналам (с учетом меры дисперсии). В дальнейшем можно использовать суммирование сигнала за несколько дней наблюдений (в том числе и в разнесенных по времени сериях наблюдений). С помощью указанной методики измерены плотности потоков более 200 пульсаров. Результаты измерений показывают, что измеренные плотности потоков лежат в широком диапазоне от 16 мЯн (РБЯ 0643+80) до 104 мЯн (РБК 0531+21, пульсар в Крабовидной туманности), с основной долей от 30 до 300 мЯн. Обнаружен дефицит слабых пульсаров, который может быть связан как с ещё не обнаруженными, слабосветящимися пульсарами, так и с завалом в функции интегральной радиосветимости на светимостях ниже 1028 эрг/с и отсутствием пульсаров со светимостями менее 1026 эрг/с. Ещё не обнаруженные пульсары должны, в основном, иметь крутые спектры, чтобы объяснить их отсутствие в результате поисковых работ на частотах 400, 600 и 1400 МГц. Распределение спектральных индексов в диапазоне 102-400 МГц близко к нормальному со средним значением по 175 пульсарам, равным 1.47. Это значение спехтрального индекса существенно больше, чем полученное ранее значение 0.91 для более сильных объектов. Это означает, что увеличение спектрального индекса произошло за счёт крутых спектров новых слабых пульсаров.

В главе II исследуются другие энергетические характеристики пульсаров. Обсуждаются измерения средних профилей примерно 200 пульсаров на частотах 102 и 111 МГц. Зависимость ширины профиля от периода пульсара (¡(■'¡э °с Р "45 1 °'08) с точностью до ошибок измерений характерна для дипольного поля. При этом средний индекс длительности (показатель степени в зависимости ширины профиля от чатсоты) оказывается равным 0.15. В рамках дипольной модели такое

значение можно получить в предположении, что излучение генерируется на циклотронных частотах.

Получены значения полных ширин профилей для 125 пульсаров. Оказывается, что полная ширина профиля может значительно отличаться от значения IV,0, используемого в каталогах. Отношение полной ширины Wo к величине И710 падает с увеличением частоты и с увеличением величины f¥in. Это даёт основания предполагать, что на более низких частотах (на больших расстояниях от поверхности нейтронной звезды) излучение относительно сильнее концентрируется к центральной части конуса излучения.

С использованием измеренных плотностей потоков вычислены интегральные радиосветимости более 300 пульсаров. Проанализированы зависимости интегральной радиосветимости и коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение от периода пульсара, а также зависимость светимости от скорости потерь энергии вращения. Оказалось, что как для нормальных, так и для миллисекундных пульсаров имеет место зависимость L ее £'1/3, где £' -скорость потерь энергии вращения. Это означает, что во всех пульсарах действует одинаковый основной источник энергии, связанный с потерей энергии вращения нейтронной звезды.

Построена функция светимости для 640 пульсаров, оценено число пульсаров в Галактике (2.9 х 105) и скорость их рождения (1/35 год"1).

Глава III посвящена исследованию различий двух групп пульсаров: долгопериодических и короткопериодических. Это исследование представляет особый интерес, так как физика излучения указанных групп пульсаров может сильно различаться. На это

указывает, в частности, обнаруженная у короткопериодических пульсаров корреляция между светимостью Ь и величиной магнитного поля на световом цилиндре В^, которая практически однозначно свидетельствует в пользу формирования излучения миллисекундных пульсаров вблизи светового цилиндра. Об этом же свидетельствуют два максимума в распределении пульсаров по периодам, соответствующих нормальным и миллисекундным пульсарам. Распределение пульсаров по расстояниям от плоскости Галактики показывает, что миллисекундные пульсары, в среднем, моложе нормальных.

Проведён кластерный анализ параметров пульсаров с помощью метода главных компонент и метода кластеризации по евклидовым расстояниям в пространстве параметров пульсаров. Показано, что короткопериодические и долгопериодические пульсары образуют два разных класса объектов.

Глава IV посвящена поиску и исследованию радиоизлучения от аномальных пульсаров. Описывается обнаружение радиоизлучения от пульсара в Геминге, проявляющего вспышечный характер. Исследован необычный характер радиоизлучения этого пульсара, в частности, разброс длительностей импульса и фаз его прихода. Оказалось, что радиоизлучение Геминги имеет самый крутой спектр и самую низкую радиосветимость среди всех известных пульсаров. Исследованы индивидуальные импульсы на частотах 102, 87, 60 и 40 МГц. В некоторые дни наблюдений пульсар излучал в течение всего периода. Предполагается, что Геминга - почти соосный ротатор с неоднородной областью излучения. Луч зрения находится длительное время внутри

конуса излучения и пересекает в течение одного периода несколько областей излучения.

Обнаружена вспышка компонента импульса пульсара В0643+80, отличающаяся по своим свойствам как от гигантских импульсов (сохранение формы вспыхнувшего компонента), так и от эффекта переключения мод (сохранение длительности импульса и фазы прихода компонентов). Плотность потока во вспышке примерно в 10 раз превышает среднюю плотность потока пульсара. Детальные исследования распределения плотностей потоков компонетов импульса показывают, что увеличение плотности потока происходит за счёт роста плотности потока центрального (вспыхнувшего) компонента. Сравниваются плотности потоков по измерениям на других частотах. Разовые наблюдения на более высоких частотах показывают, что бывают дни наблюдений, когда плотность потока значительно возрастает, что позволяет сделать предположение о наличии вспышек излучения и на других частотах.

Обнаружено и проанализировано радиоизлучение от пульсара 10205+6449 в остатке сверхновой (ОСН) ЗС58, измерены его основные характеристики. ОСН ЗС58 по своим свойствам напоминает Крабовидную туманность. Возраст и угловые размеры обоих объектов в радиодиапазоне близки и, учитывая, что расстояния до них сравнимы, можно говорить, что физические размеры их почти равны. Однако, при этом светимость Крабовидной туманности в 10 раз больше в радиодиапазоне, чем светимость ЗС58. Это может быть связано с разностью в периодах и, соответственно, в масштабах магнитосфер, вследствие чего магнитное поле на световом цилиндре у пульсара 10205+6449 оказывается в 8 раз меньше. По данным, полученным в

настоящей работе, светимость растёт с увеличением магнитного поля примерно как В15, что, в конечном счёте, объясняет разницу в светимостях указанных объектов.

В заключении кратко сформулированы результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате самого обширного к настоящему моменту низкочастотного обзора пульсаров, проведённого на антенне БСА ФИАН на частотах 102 и 111 МГц, получены средние профили 180 пульсаров и измерены плотности потоков 235 пульсаров. С использованием новых данных по плотностям потоков, вычислены интегральные радиосветимости 311 пульсаров с периодами более 0.1 с и 27 пульсаров с периодами менее 0.1 с. Для нескольких пульсаров обнаружено сужение средних профилей при переходе к более низким частотам. Подтверждается тот факт, что различные части профиля импульса могут иметь различные спектры. Среднее значение светимости для пульсаров с Р < 0.1 с примерно в 6 раз больше, чем подобное значение для пульсаров с длинными периодами.

Выявлен ряд зависимостей светимости и коэффициента трансформации энергии вращения пульсара в радиоизлучение от периода пульсара, магнитного поля на световом цилиндре, угла между направлением магнитного момента и осью вращения пульсара, скорости потерь энергии вращения. Оказывается, что среднее значение коэффициента трансформации ri потерь энергии вращения в

радиоизлучение у пульсаров с Р>\ --3.73)значительно выше,

чем у пульсаров с Р < 0.1 с = -4.85). Кроме того, для долгопериодических пульсаров величина коэфиициента трансформации г| растёт примерно как Р2, а для объектов с короткими периодами падает, как /*"'. Для обеих рассматриваемых групп пульсаров светимость I растёт с увеличением потерь энергии вращения £' примерно как £'"3. Это означает, что во всех пульсарах действует одинаковый основной источник энергии, связанный с потерей энергии вращения нейтронной звезды.

Для пульсаров с короткими периодами обнаружена высокая степень корреляции (К - 0.87 ± 0.20) между светимостью и магнитным полем вблизи светового цилиндра. Для 4 пульсаров с Р < 0.1 с и с известными значениями угла р между магнитным моментом и осью вращения точки на диаграмме £ - Р " ложатся почти точно на прямую линию = = 0.05р + 27.49 (К = 1.0). При этом основным механизмом генерации является синхротронный механизм, и согласие с наблюдаемыми особенностями излучения достигается при степенном распределении релятивистских частиц по энергиям N = Лос"2.

Распределение периодов пульсаров не может быть представлено одной гауссианой и предполагает наличие, по крайней мере, еще одной особой группы объектов с периодами Р < 0.1 с. Среди одиночных пульсаров с короткими периодами нет объектов, удаленных от плоскости Галактики более, чем на 700 пк. В то же время несколько десятков долгопериодических пульсаров имеют > 1 кпк. Это означает, что только в этой группе наблюдаются старые объекты с возрастом более 107 лет. Распределения пульсаров с Р < 0.1 с и Р > 0.1 с по

расстояниям от центра Галактики близки друг к другу, т.е. положение этих объектов в диске одинаково.

Наблюдается высокая корреляция светамостей пульсаров с величиной BIP2, пропорциональной разности потенциалов в зоне ускорения вблизи поверхности нейтронной звезды и мощности магнитодипольных потерь Wmi. Оказалось, что L ос (И7^)"3.

Выделен класс пульсаров с короткими (миллисекундными) периодами и очень низкими производными. Это объекты с длительной эволюцией в двойной системе и вторичной вспышкой сверхновой. Обычно их называют раскрученными пульсарами, поскольку быстрое вращение нейтронной звезды обусловлено процессами перетекания вещества от компаньона. Первый максимум на гистограмме N(P) обязан своим происхождением именно этим объектам. Полученные результаты не противоречат модели генерации излучения у пульсаров с короткими периодами вблизи светового цилиндра.

Измерения полной ширины импульса IV0 125 пульсаров на нескольких частотах показали, что величина fV0 может олтличаться от применяемой в каталогах величины IVW в несколько раз. Оказалось, что среднее значение отношения WJ fV10 уменьшается с повышением частоты. Этот результат может быть интерпретирован как следствие более сильной концентрации излучения к центру конуса на низких частотах.

Многочастотные наблюдения радиоизлучения пульсара в Геминге выявили необычный характер радиоизлучения этого пульсара. В сравнении с большинством радиопульсаров длительность индивидуальных и интегральных импульсов Геминги изменяется в очень широких пределах: от 15 мс (0.1 периода) до уникальных случаев

(-0.1% импульсов), когда излучение занимает весь период. Среднее значение длительности интегрального импульса - 73 ± 31 мс или 0.3 периода на частоте 102.5 МГц, а среднее значение длительности интеримпульса-44 ± 27 мс или 0.19 периода. Изменение фазы прихода как главного, так и интеримпульса может достигать трети периода. Интеримпульс на частоте 102.5 МГц отстоит от главного импульса на интервал, равный 0.51 ± 0.09 периода. В излучении Геминги наблюдаются сильные вспышки длительностью от одного до нескольких десятков периодов, когда поток возрастает в десятки и, возможно, сотни раз. Интенсивности излучения интеримпульса и главного импульса близки, и они могут присутствовать как поочередно, так и вместе.

Такое необычное поведение длительности, формы и фазы прихода главного импульса и интеримпульса можно объяснить моделью почти соосного ротатора, когда луч зрения наблюдателя почти не выходит из конуса излучения пульсара. При этом форму индивидуального импульса определяют ширина и интенсивность излучения отдельных пятен, расположенных внутри конуса, форму же интегрального профиля, кроме этих параметров, определяют еще их число, возможные движения пятен и их эволюция.

Обнаружена вспышка компонента в импульсе пульсара РБЯ В0643+80. Это, возможно, новый эффект в радиоизлучении пульсаров, так как он не похож на переключение мод и на гигантские импульсы. Отличие от переключения мод состоит в редком появлении этого события (< 4% от всего времени наблюдения) и сильном увеличении потока одного компонента без какого-либо изменения его длительности и фазы прихода внутри периода. Также он не похож и на

гигантские импульсы, так как вспыхивает только один компонент импульса и при этом не искажается его форма Если предположить, что вспышка произошла в одном импульсе, то это будет не гигантский импульс, а гигантский компонент, что также пока не наблюдалось ни у миллисекундных, ни у "нормальных" пульсаров.

В результате наблюдений по программе поиска радиоизлучения от пульсаров в остатках сверхновых (ОСН), проведённых на радиотелескопах БСА ФИАН (частота 111 МГц) и ДКР-1000 ФИАН (88 МГц), обнаружено импульсное радиоизлучение от рентгеновского пульсара 10205+6449 в ОСН ЗС58, по своим характеристикам наполминающем Крабовидную туманность. Измерена плотность потока этого пульсара на указанных частотах. Показаны возможные причины отличий в характеристиках пульсаров в ОСН ЗС58 и в Крабовидной туманности. В частности показано, что причиной отличий в светимостях указанных пульсаров может быть различие в масштабах их магнитосфер.

Автором созданы алгоритмы программ для обработки многоканальных наблюдений пульсаров на телескопах ПРАО с учётом методических особенностей наблюдений этих объектов, а также для проведения кластерного анализа и вычисления интегральных радиосветимостей пульсаров по заданным спектрам. В настоящее время эти программы с успехом используются сотрудниками ПРАО.

Подписано в печать:

29.12.2010

Заказ № 4789 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Измерение плотностей потоков пульсаров

§ 1. Наблюдения пульсаров на БСА ФИАН

§ 2. Методика обработки наблюдений пульсаров

§ 3. Результаты измерений плотностей потоков

ГЛАВА II. Измерение и исследование средних профилей, интегральных радиосветимостей и некоторых других параметров пульсаров

§ 1. Измерение и исследование средних профилей

§ 2. Измерение полной ширины профиля

§ 3. Интегральные радиосветимости

ГЛАВА III. Исследование характеристик пульсаров с короткими и длинными периодами

§ 1. Энергетические характеристики пульсаров с короткими и длинными периодами

§ 2. Особенности в распределениях параметров 108 пульсаров

§ 3. Кластерный анализ

ГЛАВА IV. Поиск и исследование радиоизлучения от аномальных пульсаров

§ 1. Радиоизлучение пульсара в Геминге

§ 2. Вспышка компонента импульса пульсара В0643+

§ 3. Пульсар в остатке сверхновой ЗС

Исследование пульсаров — одно из молодых и актуальных направлений современной астрофизики. Со времени открытия пульсаров прошло более сорока лет. За это время появилось множество как теоретических, так и экспериментальных работ, в которых авторы пытаются объяснить их природу. Несмотря на интерес астрономического сообщества к этим объектам, остаются открытыми многие вопросы, касающиеся механизма излучения, структуры магнитосферы, эволюции и классификации пульсаров. В этой связи весьма важным представляется исследование энергетических параметров пульсаров, таких, как светимость, скорость потерь энергии вращения и её трансформации в радиоизлучение, плотность потока и спектр, а также исследование средних профилей пульсаров. Особый интерес представляет исследование обнаруженного не так давно пульсирующего радиоизлучения от аномальных объектов, существенно отличающегося по своим характеристикам от радиоизлучения нормальных пульсаров.

К настоящему времени накоплено большое количество как наблюдательных данных, так и теоретического материала, позволивших установить несколько фактов, касающихся природы радиопульсаров.

Установлено, что эти объекты представляют собой нейтронные звёзды с очень малыми периодами вращения (порядка 1 с) и большими магнитными 1 ^ „ полями (до 10 Гс). Белые карлики и большие по размерам объекты не могут вращаться с такими периодами, т.к. это приведёт к их центробежному разрушению. Основные запасы энергии нейтронной звезды связаны с её вращением. Наблюдаемая скорость потерь энергии вращения такова, что её вполне достаточно для объяснения излучения пульсаров во всех диапазонах длин волн (под вопросом остаётся механизм излучения ряда аномальных пульсаров — магнетаров).

В 1967 году (ещё до открытия пульсаров) появилась работа Пачини (Pachini, 1967) в которой было указано на большие магнитные поля в нейтронных звёздах, их быстрое вращение и связь их активности с потерей энергии вращения. После открытия пульсаров (Hewish et al., 1968) о тех же особенностях написал Голд (Голд, 1971). Радиоастрономы всего мира начали активное изучение новых объектов, благодаря чему в первое десятилетие были обнаружены практически все основные особенности пульсаров. Ричингс (Ritchings, 1976) обнаружил эффект «нуллинга» пульсаров, который заключается в периодическом «выключении» радиоизлучения, связанном с падением интенсивности ниже предела чувствительности радиотелескопа. К этому времени уже был известен противоположный эффект, когда интенсивность импульсов может увеличиваться в несколько сотен и даже тысяч раз (Campbell et. al., 1970; Алексеев и др., 1971). Сейчас мы называем это явление «гигантскими импульсами» (Попов и др., 2006; Popov & Stappers, 2007; Попов и др., 2008). Кроме того, у ряда пульсаров был обнаружен период второго класса или дрейф субимпульсов, (см., например, (Vitkevich & Shitov, 1970; Taylor & Huguenin, 1971)). Также необходимо отметить, что радиоизлучение многих пульсаров характеризуется высокой степенью линейной поляризации (см., например, Сулейманова, 1989). Наличие ряда уникальных свойств и интересных наблюдаемых особенностей пульсаров объясняет интерес радиастрономов и астрофизиков мира к этим объектам.

Основоположниками современной пульсарной физики можно считать Голдрайха и Джулиана, которые показали, что размер и структура магнитосферы определяются огромным электрическим полем, которое должно генерироваться вокруг вращающегося намагниченного шара, вырывая заряженные частицы с его поверхности и ускоряя их (Goldreich & Julian, 1969). В данной модели некоторые силовые линии начинались в области вырывания отрицательных зарядов, а затем попадали в область положительных зарядов. В 1973 году Холловэй (Holloway, 1973) высказал идею об образовании вакуумного зазора вблизи нейтральной линии: при удалении зарядов из области зазора возникает разность потенциалов, препятствующая её заполнению.

Дальнейшее продвижение в понимании физики пульсаров произошло после выхода в 1970-71 гг. работ Стэррока, который предположил, что в пределах полярной шапки пульсара происходит ускорение протонов и электронов (Sturrock, 1970; Sturrock, 1971). Это ускорение вызывается продольным электрическим полем, соответствующим разности потенциалов между центром и краем полярной шапки и приводит к появлению релятивистских электронов. Движение частиц в искривлённом магнитном поле приводит к излучению в широком диапазоне частот. Впервые этот процесс был рассмотрен Радхакришнаном (Radhakrishnan, 1969), а, затем, Комесаровым (Komesaroff, 1970). Вблизи поверхности нейтронной звезды ускоренные электроны должны излучать гамма-кванты, которые в магнитном поле будут рождать электрон-позитронные пары. Вновь образованные частицы ускоряются в том же продольном электрическом поле до релятивистских скоростей, испускают кванты, которые вновь рождают пары, т.е. возникает каскадный процесс.

В 1975 году вышла работа Рудермана и Сазерленда (Ruderman & Sutherland, 1975), ставшая на долгое время основой для интерпретации наблюдательных данных. Авторы предположили, что вблизи полюсов существуют вакуумные зазоры, разность потенциалов в которых обеспечивает ускорение вырванных с поверхности нейтронной звезды зарядов и вызывает пробой зазора в виде отдельных искр с образованием каскадов вторичных частиц (электронов и позитронов). Пучок первичных частиц, достигших релятивистских скоростей, движется в магнитосфере через образовавшуюся в результате распада гамма-квантов вторичную плазму с лоренц-факторами на 3 порядка меньше. В результате возникает двухпотоковая неустойчивость, приводящая к образованию сгустков, дающих когерентное излучение в радиодиапазоне. Авторы показали, что излучающие области должны образовывать полый конус. В рамках данной модели качественно можно понять существование пульсаров с однокомпонентными и двухкомпонентными профилями, монотонный ход позиционного угла вдоль среднего профиля и наблюдаемый спектр излучения. Также можно объяснить дрейф субимпульсов, как следствие вращения области излучения относительно нейтронной звезды (Deshpande & Rankin, 1999). Вид профиля, соответственно, будет зависеть от расстояния между лучом зрения и центром конуса. Если луч зрения проходит вблизи центра конуса, профиль будет двухкомпонентным, если же луч зрения проходит по краю конуса, то профиль будет простым. Необходимо отметить, что существует ряд несоответствий между данной моделью и наблюдениями. В частности, есть расхождения между наблюдаемыми зависимостями ширины профилей от частоты и периода и предсказаниями модели Рудермана-Сазерленда (Извекова и др., 1977). Модель предсказывает значительно более крутое падение частоты излома спектра с увеличением периода пульсара, чем наблюдаемое в действительности. В рассматриваемой модели работа выхода ионов с поверхности нейтронной звезды принималась равной 10 кэВ. Однако, в настоящее время принято считать, что работа выхода значительно ниже -порядка нескольких сотен эВ (см., например, Jones, 1986). В таком случае термоэмиссия с поверхности звезды приведёт к появлению пространственного заряда, который заэкранирует продольное электрическое поле и сделает невозможным образование каскада пар. Одним из возможных выходов из сложившейся ситуации является учёт эффектов теории относительности. В работе Муслимова и Цыгана (Muslimov & Tsygan, 1992) показано, что учёт этих эффектов может приводить к усилению поля в с/ПЯ раз, что для пульсара с Р = 0.5 с означает увеличение поля на полтора порядка. В таких полях возможно рождение электрон-позитронной плазмы.

В нижней магнитосфере в результате лавинообразного образования пар рождается вторичная электрон-позитронная плазма, и функция распределения плазмы становится двухкомпонентной (Агопб, 1981). Плазма с анизотропной функцией распределения является неустойчивой (см., например, Сагдеев, Шафранов, 1960). В результате развития циклотронной и черенковской неустойчивостей в магнитосфере будут возбуждаться как поперечные, так и продольно-поперечные волны. При этом ожидаемая минимальная частота генерируемых волн совпадает с частотой максимума в наблюдаемых спектрах пульсаров (порядка 100 МГц при Р — 1 си В = 1012 Гс). Рассматриваемая идея была предложена Казбеги и др. (КагЬе§1 еХ а1., 1992 а-с). Генерация такого типа волн происходит вблизи границы открытых и замкнутых силовых линий, где плотность плазмы достаточно мала для того, чтобы они свободно выходили из магнитосферы и достигали наблюдателя. Необходимо отметить, что, хотя развиваемая в рамках данной идеи модель, в принципе, позволяет объяснить происхождение наблюдаемого радиоизлучения, в теории пульсаров остаётся много вопросов. В частности, нет общепринятой модели для объяснения механизма радиоизлучения вблизи светового цилиндра. Данная модель является весьма важной для объяснения процессов в пульсарах с короткими периодами, поскольку формирование излучения в этих пульсарах происходит вблизи светового цилиндра. Кроме того, что сегодня до конца не выяснен точный механизм излучения пульсаров, остаются ещё вопросы о структуре магнитосферы и локализации области излучения. Неизвестно, с какими периодами рождаются пульсары и как они эволюционируют. Спорным является вопрос о классификации пульсаров (существует ли принципиальное различие между пульсарами с длинными (более 1 с) и короткими (менее 0,1 с) периодами). Открытым остаётся вопрос о том, что же из себя представляют «магнетары». На эти и другие вопросы, касающиеся физики пульсаров помогают ответить измерения наблюдаемых энергетических характеристик пульсаров (плотностей потоков, средних профилей импульсов и спектров, светимостей, потерь энергии вращения и других), а также поиск и исследование пульсаров, имеющих особенности в радиоизлучении.

Актуальность темы

С момента открытия пульсаров прошло более 40 лет, но увеличивающийся поток работ говорит о важности исследования этих необычных объектов. Интенсивные исследования пульсаров ведутся в радиодиапазоне, оптике, рентгене и гамма-диапазоне. Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию пульсаров, многие важные области пульсарной физики остаются плохо изученными. В частности, это относится к исследованию энергетических характеристик (спектров, светимостей, профилей), классификации пульсаров и изучению аномальных источников, радиоизлучение от которых было зарегистрировано в последние несколько лет. До сих пор нет единого взгляда на механизм излучения пульсаров, структуру магнитосферы, а также их эволюцию. В частности, спорными являются вопросы о том, с какими периодами рождаются пульсары, и о различии в физике нормальных и миллисекундных пульсаров.

Исследование пульсаров в метровом диапазоне длин волн вызывает особенный интерес с точки зрения их энергетики, так как большинство наблюдаемых низкочастотных завалов в спектрах пульсаров начинается в районе частоты 100 МГц. Кроме того, в последние годы обнаружено несколько аномальных радиопульсаров с очень крутыми спектрами и максимумом также в районе частоты 100 МГц, в частности, Геминга, радиоизлучение от которой до сих пор не обнаружено на высоких частотах. Высокая чувствительность наших наблюдений обеспечивается Большой синфазной антенной ФИАН с эффективной площадью около 30000 м . БСА является самой крупной в мире антенной в метровом диапазоне длин волн и является уникальным инструментом для исследования пульсаров.

Дефицит наблюдений пульсаров на низких частотах, связанный с отсутствием чувствительных зарубежных радиотелескопов, обеспечивает большинству наших исследований мировой приоритет.

Цели и задачи исследования

Основной задачей работы является исследование энергетических характеристик пульсаров в радиодиапазоне для получения новых данных о механизме их радиоизлучения и эволюции. Эта задача, в частности, включает в себя исследование различий в энергетике нормальных и миллисекундных пульсаров на основе богатого статистического материала, накопленного за последние годы. Обнаружение радиоизлучения от аномальных источников, а также исследование его характеристик также является целью настоящей работы.

Научная новизна

В диссертации получен ряд новых результатов. Обзор пульсаров, проведённый на радиотелескопе БСА на частотах 102 и 111 МГц является к настоящему времени самым большим низкочастотным обзором. Благодаря этому вычислены плотности потоков более 200 пульсаров и впервые получены средние профили ряда слабых пульсаров на частотах 102 и 111 МГц.

На основе новых спектров (Малофеев, 1999), полученных с использованием измеренных плотностей потоков, вычислены интегральные радиосветимости более 300 пульсаров. Подтверждено различие в физике быстрых (миллисекундных) и нормальных (секундных) пульсаров.

Зарегистрировано радиоизлучение от пульсара в Геминге, имеющее уникальный характер: очень крутой спектр, большой разброс в ширине и фазе прихода импульсов, вспышечный характер импульсов излучения. Есть указания на то, что этот пульсар может излучать в течение всего периода.

Обнаружена вспышка отдельного компонента импульса пульсара В0643+80. Этот эффект отличается по своим свойствам как от гигантских импульсов, так и от переключения мод.

Обнаружено радиоизлучение от пульсара J0205+6449 в остатке сверхновой ЗС58 и измерены его основные характеристики.

Практическая значимость

Результаты работы широко используются ведущими наблюдателями и теоретиками во всем мире, например: Bell J., Manchester R., Lyne A., Lorimer D., Graham-Smith F., Seiradakis J., Kramer M., Hankins T., Rankin J., Machabeli G., Camilo F., Ramachandran R., Deshpande A., Cordes G., Caraveo D., Halpern J., Stinebring D., Stappers В., Wielebinski R., Ransom S., Stairs I., Mitra D.

На опубликованные работы, содержащие основные результаты диссертации, к настоящему моменту имеется 88 положительных ссылок, многие из которых - в ведущих зарубежных журналах (например: Kramer M., Bell J.F., Manchester R.N., Lyne G., Camilo F. et al., 2003, MNRAS, 342, 1299; McLaughlin, M. A., Cordes, J. M., Hankins, T. H., Moffett, D. A., 1999, ApJ, 512, 929; Ramachandran, R., Deshpande, A. A., Indrani, C., 1998, AAp, 339, 787; Mattox, J. R., Halpern, J. P., Caraveo, P. A., 1998, ApJ, 493, 891; van Leeuwen, J., Stappers, B. W., 2010, AAp, 509, id. A7; Seiradakis, J. H., Wielebinski, R., 2004, AAp Review, 12, 239).

Измерения плотностей потоков используются при построении спектров пульсаров и исследовании низкочастотных завалов в спектрах, наблюдающихся на низких частотах.

Интегральные радиосветимости используются при исследовании природы рентгеновских пульсаров, источников с повторяющимся мягким гамма-излучением и пульсаров с очень большими периодами.

Характеристики радиоизлучения от пульсара в Геминге и пульсара J0205+6449 используются при исследованиях радиоизлучения других аномальных источников. Кроме того, данные по пульсару J0205+6449 используются при оптических исследованиях остатка сверхновой ЗС58.

Выявленные особенности в распределениях параметров пульсаров используются в работах по исследованию механизма радиоизлучения пульсаров.

Вариант кластерного анализа, описанный в настоящей диссертации, используется при исследованиях гигантских импульсов пульсаров.

Разработанный автором пакет программ для обработки наблюдений пульсаров используется сотрудниками ПРАО АКЦ ФИАН при исследовании данных, получаемых на радиотелескопе БСА ФИАН.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Построены средние профили 180 пульсаров на частотах 102 и 111 МГц. Измерены плотности потоков 235 пульсаров на частоте 102 МГц. С использованием новых данных по плотностям потоков, вычислены интегральные радиосветимости 311 пульсаров с периодами более 0.1 с и 27 пульсаров с периодами менее 0.1 с.

2. Выявлен ряд зависимостей энергетических характеристик (светимости, коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение) от других параметров пульсаров (таких, как период, магнитное поле на световом цилиндре, угол между направлением магнитного момента и осью вращения пульсара, скорость потерь энергии вращения). Построена функция светимости, оценено число активных пульсаров в Галактике и скорость их рождения. Проведен анализ зависимости светимости и коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение от различных параметров пульсаров с короткими и длинными периодами. Полученные результаты не противоречат модели генерации излучения у пульсаров с короткими периодами вблизи светового цилиндра.

Исследованы распределения ряда параметров (в частности, светимости, периода, расстояний от плоскости и от центра Галактики) более 500 пульсаров. Проведен кластерный анализ параметров пульсаров. Показано, что пульсары с периодами больше 1 с и с периодами меньше 0.1 с образуют два отдельных класса объектов.

3. Измерена полная ширина импульса 125 пульсаров на нескольких частотах, обнаружено ее существенное отличие от применяемой в каталогах величины Wio.

4. Проведены многочастотные наблюдения радиоизлучения от пульсара в Геминге. Впервые получены индивидуальные импульсы этого пульсара, проведен детальный анализ форм, длительностей импульса этого пульсара и фаз его прихода на частоте 102.5 МГц. Обнаружен вспышечный характер радиоизлучения, большой разброс длительностей и фаз прихода индивидуальных и интегральных импульсов. Есть указание на то, что пульсар в Геминге излучает в течение всего периода. Обнаружена вспышка радиоизлучения отдельного компонента импульса пульсара (PSR В0643+80). Этот и предыдущий результаты свидетельствуют о переменном характере излучения пульсаров.

Обнаружено радиоизлучение от пульсара J0205+6449 в остатке сверхновой ЗС58. Измерена ширина импульса на частоте 111 МГц и; плотность потока этого пульсара на двух частотах.

5. Создан пакет программ для обработки многоканальных наблюдений пульсаров на телескопах ПРАО с учетом методических особенностей наблюдений этих объектов. С помощью этих программ обработано большое число наблюдений нескольких сотен пульсаров.

Публикации и личный вклад автора

Результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 13 статьях и 2 циркулярах MAC:

1. Малов И.Ф., Малов О.И., Соснов C.JI. «О полной ширине импульса и структуре магнитосферы пульсара». Астрон. Журн., 1993, т. 70, вып.1, с. 47-60.

2. Малов И.Ф., Малов О.И. «Энергетические характеристики долгопериодических и короткопериодических пульсаров». Астрон. Журн., 1995, т. 72, №4, с. 567-573.

3. Малов И.Ф., Малов О.И. «О некоторых особенностях в распределениях параметров пульсаров». Астрон. Журн., 1995, т. 72, № 4, с. 574-579.

4. Malov I.F., Malov O.I., Malofeev V.M. «The investigations of pulsar integrated radio luminosities». Astron. Astrophys. Transactions, 1996, Vol. 10, pp. 205-210.

5. Малов И.Ф., Малов О.И. «Кластерный анализ параметров пульсаров». Астрон. Журн., 1997, т. 74, № 1, с. 63-74.

6. Malofeev V.M., Malov O.I. «Detection of Geminga as a radio pulsar». Nature, Vol. 389, 16 october 1997, p. 697-699.

7. Shitov Yu.P., Malofeev V.M., Malov O.I., Pugachev V.D. «PSR J0633+1746». IAU Circular № 6775, 1997.

8. Малофеев B.M., Малов О.И., Щеголева H.B. «Обнаружение вспышки компонента импульса у пульсара PSR В0643+80». Астрон. Журн., 1998, т. 75, № 2, с. 275-280.

9. Малофеев В.М., Малов О.И. «Необычный профиль радиопульсара Геминги». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 1, с. 52-63.

10. Малофеев В.М., Малов О.И., Щеголева Н.В. «Плотности потоков 235 пульсаров на частоте 102.5 МГц». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 7, с. 499-509.

11. Тюльбашев С.А., Малов О.И. «Исследование слабых компактных радиоисточников». Астрон. Журн., 2000, т. 77, № 10, с. 737-742.

12. V. Malofeev, О. Malov, A. Glushak. «PSR J0205+6449». IAU Circular №7775, 2001.

13. Малофеев В.М., Малов И.Ф., Малов О.И., Глушак А.П. «Радиопульсар 10205+6449 в остатке сверхновой ЗС58». Астрон. Журн., 2003, т. 80, № 5, с. 449-457.

14. Малов И.Ф., Малов О.И. «Интегральные радиосветимости пульсаров». Астрон. Журн., 2006, т. 83, № 6, с. 542-555.

15. Малов О.И., Малофеев В.М. «Формы средних профилей импульсов радиопульсаров на частотах 102 и 111 МГц». Астрон. Журн., 2010, т. 87, № 3, с. 238-256.

В этих работах автором проведены измерения и исследования полной ширины импульсов пульсаров, средних профилей импульсов и интегральных радиосветимостей. Автор разработал алгоритмы для обработки многоканальных наблюдений пульсаров, для проведения кластерного анализа параметров пульсаров и вычисления интегральных радиосветимостей и провёл необходимые расчёты. Наблюдения на БСА ФИАН, в результате которых, в частности, обнаружено радиоизлучение пульсара в Геминге и пульсара 10205+6449, вспышка компонента импульса пульсара В0643+80, вычисление плотностей потоков пульсаров, анализ и интерпретация полученных данных выполнены при участии сотрудников ПРАО АКЦ ФИАН.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на научных сессиях АКЦ ФИАН, а также на следующих российских и международных конференциях:

Всероссийской радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург,

1997);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Краков, 1997);

Европейском рабочем совещании «Исследование и сравнение нормальных и миллисекундных пульсаров» (Пущино, 1998);

Школе-семинаре молодых радиоастрономов «Радиоастрономия в космосе» (Пущино, 1998);

Школе-семинаре молодых радиоастрономов «Сверхвысокое угловое разрешение в радиоастрономии» (Пущино, 1999);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Манчестер,

1999);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Гранада, 2000);

Международной гамовской научной школе (Одесса, 2002);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Корк, 2004);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Кальяри, 2005);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Далфсен, 2006);

Рабочем совещании «Низкочастотные исследования пульсаров» (Лейден, 2008);

Конференции молодых европейских радиоастрономов (Порто, 2009).

Краткое содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 192 страницы, включая список литературы из 238 библиографических ссылок и 55 рисунков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию энергетических характеристик большого числа пульсаров, а также поиску и исследованию импульсного радиоизлучения от ряда аномальных источников. Приведём основные результаты работы.

1. На БСА ФИАН проведены наблюдения более 300, в основном слабых, пульсаров. Впервые получены средние профили примерно для половины исследованных объектов на частотах 102 и 111 МГц. Проведено измерение полных ширин профилей импульсов 125 пульсаров на нескольких частотах, обнаружено их существенное отличие от применяемых в каталогах величин Wi0. Измерены плотности потоков более 200 пульсаров на частоте 102.5 МГц. Значения плотностей потоков использованы в дальнейшем для вычисления интегральных радиосветимостей пульсаров.

2. Вычислены интегральные радиосветимости более 300 пульсаров. Выявлен ряд зависимостей энергетических характеристик (светимости, коэффициента трансформации энергии вращения в радиоизлучение) от других параметров пульсаров. Проведен анализ зависимости светимости и других энергетических характеристик пульсаров от различных параметров пульсаров с короткими и длинными периодами. Получено подтверждение модели генерации излучения у пульсаров с короткими периодами вблизи светового цилиндра.

3. Исследованы распределения ряда параметров более 500 пульсаров. Построена функция светимости и оценено число активных пульсаров в Галактике и скорость их рождения. Проведен кластерный анализ параметров пульсаров. Показано, что пульсары с периодами больше 1 с и с периодами меньше 0.1 с образуют два отдельных класса объектов.

4. Обнаружено радиоизлучение от пульсара в Геминге. Проведены многочастотные наблюдения его радиоизлучения. Впервые получены индивидуальные импульсы этого пульсара, проведен детальный анализ форм, длительностей импульса этого пульсара и фаз его прихода на частоте 102.5 МГц. Обнаружен вспышечный характер радиоизлучения, большой разброс длительностей и фаз прихода индивидуальных и интегральных импульсов. Есть указание на то, что пульсар в Геминге излучает в течение всего периода.

Обнаружено радиоизлучение от пульсара 10205+6449 в остатке сверхновой ЗС58. В модели синхротронного излучения вблизи светового цилиндра объяснены различия светимостей РБЯ10205 и РБЯ В0531 +21 в радио- и рентгеновском диапазонах. Предсказаны величины оптической и гамма- светимостей, которые оказываются достаточными для успешного поиска импульсного излучения пульсара в этих диапазонах.

5. Обнаружена вспышка радиоизлучения отдельного компонента импульса пульсара Р8ЯВ0643+80. Частота вспышки и ее интенсивность во много раз превосходят то, что наблюдалось в известных случаях.

6. Создан пакет программ для обработки многоканальных наблюдений пульсаров на телескопах ПРАО с учетом методических особенностей наблюдений этих объектов. С помощью этих программ обработано большое число наблюдений более трёхсот пульсаров.

1. Виткевич В.В., Глушаев A.A., Илясов Ю.П. и др., 1979, Изв. ВУЗов.

2. Дагкесаманская И.М., Лапаев К.А., Логвиненко C.B., 1993, Тезисы докладов

3. XXV радиоастрономической конференции. Пущино, 234 Дюран Б., Оделл П., 1977, Кластерный анализ. М., Статистика Извекова В.А., Малов И.Ф., Малофеев В.М., 1977, ПАЖ, 3, 442

4. Извекова В.А., Кузьмин А.Д., Малофеев В.М., Шитов Ю.П., 1979, АЖ, 56, 322

5. Извекова В.А., Малофеев В.М., Шитов Ю.П., 1989а, АЖ, 66, 345 Извекова В.А., Кузьмин А.Д., Малофеев В.М., Шитов Ю.П., 19896, Труды

6. ФИАН, 199, 13 Клякотко М.А., 1977, ПАЖ, 3, 129

7. Корниенко А.П., Корниенко Э.Р., 1989, Космическое излучение высокихэнергий. Л., 103 Кузьмин А.Д., 2002, АЖ, 79, 501

8. Кузьмин А.Д., Дагкесаманская И.М., 1983, ПАЖ, 9, 149

9. Кузьмин А.Д., Дагкесаманская И.М., Пугачев В.Д., 1984, ПАЖ, 10, 854

10. Кузьмин А.Д., Досовский Б.Я., 1997, ПАЖ, 23, 323

11. Кузьмин А.Д., Извекова В.А., Малофеев В.М., Шитов Ю.П., 1998, ПАЖ, 14, 140

12. Кутузов С.М., Азаренков Ю.И., Алексеев И.А и др., 2000, Труды ФИАН, 229, 3

13. Липунов В.М., 1987, Астрофизика нейтронных звёзд. М., Наука Лозинская Т.А., 1986, Сверхновые звёзды и звёздный ветер. Взаимодействиес газом Галактики. М., Наука МаловИ.Ф., 1983, Астрофизика, 19, 161

14. Малов О.И., Соснов С.Л., 1993, АЖ, 70, 47

15. Малов И.Ф., Малофеев В.М., Сенье Д.С., 1994, АЖ, 71, 762 Малов И.Ф., Малов О.И., 1995а, АЖ, 72, 567 Малов И.Ф., Малов О.И., 19956, АЖ, 72, 574 Малов И.Ф., Малов О.И., 1997, АЖ, 1, 63

16. Малов И.Ф., Малофеев В.М., Мачабели Г.З., Меликидзе Г.И., 1997, АЖ, 74, 303

17. Малов И.Ф., Мачабели Г.З., 2002, АЖ, 79, 755 Малов И.Ф., Малов О.И., 2006, АЖ, 83, 542 Малов О.И., Малофеев В.М., 2010, АЖ, 87, 238 Малофеев В.М., 1989, Труды ФИАН, 199, 125 Малофеев В.М., 1993, ПАЖ, 19, 366

18. Малофеев В.М., 1999, Каталог радиоспектров пульсаров, Пущино: ОНТИ. Малофеев В.М., Малов И.Ф, 1980, АЖ, 57, 90

19. Сулейманова С.А., Извекова В.А., 1984, АЖ, 28, 32 Сулейманова С.А., Володин Ю.В., Шитов Ю.П., 1988, АЖ, 65, 349 Тюльбашев С.А., Малов О.И., 2000, АЖ, 77, 737

20. Ульянов О.М., Захаренко В.В., Коноваленко А.А. и др., 2006, Радиофизика ирадиоастрономия, 11, 113 УсовВ.В., 1986, Астрон. циркуляр, 1431, 1 Фёдоров Ю.А., Илясов Ю.П., Вдовин А.С., Орешко В.В., 1989,

21. Измерительная техника, 4, 27 Шапиро С., Тьюколски С., 1985, Чёрные дыры, белые карлики и нейтронныезвёзды. М., Мир, Т. 2 Шишов В.И., 1990, Изв. ВУЗов. Радиофизика, 33, 443 Шишов В.И., Малофеев В.М., Пынзарь А.В., Смирнова Т.В., 1995, АЖ, 72, 485

22. Anderson S.B., Jenet F.A., Kaspi V.M., 1996, ASP Conf. Ser., 105, 211 Argyle E., Cower J.F.R., 1972, ApJ, 175, L89

23. Arons J., 1981, Proc. Intern, summer school and workshop on plasma physics, 273 Backer D.C., 1970, Nature, 228, 1297 Backer D.C., 1975, AAp, 43, 395

24. Backer D.C., Boriakoff V., Manchester R.N., 1973, Nature Phys. Sci., 243, 77

25. Backer D.C., Rankin J.M., 1980, ApJS, 42, 143

26. Bailes M., Johnston S., Bell J.F. et al., 1997, ApJ, 481, 386

27. Bartel N., Morris D., Sieber W., Hankins Т., 1982, ApJ, 258, 776

28. Baskus P.R., Damashek M., Taylor J.H., 1982, ApJ, 255, L63

29. Becker R.H., Helfand D.J., Szymkowiak A.E., 1982, ApJ, 255, 557

30. Bertsch D.L., Brazier K.T.S., Fichtel C.E. et al., 1992, Nature, 357, 306

31. Beskin V.S., Gurevich A.V., Istomin Ya.N., 1984, ASS, 102, 301

32. Beskin V.S., Gurevich A.V., Istomin Ya.N., 1988, ASS, 146, 205

33. Bietenholf M.F., Kassim N.E., Weiler K.W., 2001, ApJ, 560, 772

34. Biggs J.D., 1990, MNRAS, 245, 514

35. Bignami G.F., Caraveo P.A., Paul J.A. et al., 1987, ApJ, 319, 358

36. Bignami G.F., Caraveo P.A., 1996, Ann. Rev. Astron. and Astrophys., 34, 331

37. Bisnovatyi-Kogan G.S., 1989, Astrophysics, 31, 751

38. Bisnovatyi-Kogan G.S., 1990, Astrophysics, 32, 103

39. Bobeiko A.L., Bovkoon V.P., Braude S. la. et al., 1979, ASS, 66, 211

40. Burderi L., Fauci F., Boriakoff V., 1999, ApJ, 512, L59

41. Camilo F., Stairs I., Lorimer D. et al., 2002, ApJ, 571, L41

42. Campbell D.B., Helles С., Rankin J.M., 1970, Nature, 225, 527

43. Caraveo P.A., Bignami G.F., Mignami R., Taff L.G., 1996, ApJ (Lett.), 461, L91

44. Clark D.H., Stephenson F.R., 1977, The Historical Supernova. Pergamon, Oxford

45. Cognard I., Sharanner J.A., Taylor J.H., Thorsett S.E., 1996, ApJ, 457, L81

46. Davies J.G., Lyne A.G., Seiradakis J.H., 1977, MNRAS, 179, 635

47. Deshpande A.A., Radhakrishnan V., 1992, J. Astrophys. Astron., 13, 151

48. Deshpande A.A., Rankin J.M., 1999, ApJ, 524, 1008

49. Dewey R., 1985, ApJ, 294, L25

50. Einasto J., Klypin A.A., Saar E., Shandarin S.A., 1984, MNRAS, 206, 529 Fichtel C.E., Hartman R.C., Kniffen D.A. et al., 1975, ApJ, 198, 163 Foster R.S., Fairhead L., Backer D.C., 1987, ApJ, 318, 687 Fowler L., Wright G.A., Morris D., 1981, AAp, 93, 53

51. Fracassini M., Pasinetti L.E., Rafaelli G., 1984, Proc. Course and Workshop on

52. Plasma Atrophys. Varenna, 315 Frail D.A., Moffett D.A., 1993, ApJ, 408, 637

53. Gaensler B.M., Slane O.P., Gotthelf E.V., Vashish C.A., 2001, ApJ, 559, 963 Gil J.A., Jessner A., Kijak J. et al., 1994, AAp, 282, 45 Gil J.A., Khechinashvili D.G., Melikidze G.I., 1998, MNRAS, 298, 1207 Goldreich P., Julian W.H., 1969, ApJ, 157, 869

54. Gunn J.E., Ostriker J.P., 1970, ApJ, 160, 979http://www.mpifr-bonn.mpg.de/div/pulsar/data/browser.html (электронный каталог)

55. Halpern J.P., Holt S.S., 1992, Nature, 357, 222

56. Kazbegi A.Z., Machabeli G.Z., Melikidze G.I., 1992a, Proc. IAU Colloq. No. 128, 232

57. Kazbegi A.Z., Machabeli G.Z., Melikidze G.I., 1992b, Proc. IAU Colloq. No. 128, 296

58. Kazbegi A.Z., Machabeli G.Z., Melikidze G.I., 1992c, Proc. IAU Colloq. No. 128, 373

59. Kijak J., Kramer M., Wielebinski R., Jessner A., 1998, AApS, 127, 153 Komesaroff M.M., 1970, Nature, 225, 612 Kothes R., 1998, Mem SAI, 69, 971 Kramer M., 1994, AApS, 107, 527

60. Kramer M., Xilouris K., Lorimer D. et al., 1998, ApJ, 501, 270 Kuz'min A.D., Malofeev V.M., Izvekova V.A. et al., 1986, AAp, 161, 183

61. Malofeev V.M., Jessner A., Malov I.F., Seiradakis J.H. et al., 1994, AAp, 285, 201

62. Malofeev V.M., Malov O.I., 1997, Nature, 389, 697

63. Malofeev V.M., Gil J.A., Jessner A. et al., 1994, AAp, 285, 201

64. Malofeev V.M., Shishov V.I., Sieber W. et al., 1996, AAp, 308, 180

65. Malofeev V.M., Malov O.I., Glushak A.P., 2001, IAU Circ. № 7775

66. Malov I.F., 1992, Proc. IAU Colloq. No. 128, 103

67. Malov I.F., Malofeev V.M., 1981, ASS, 78, 73

68. Malov I.F., Malov O.I., Malofeev V.M., 1996, Astron. and Astrophys. Trans., 10, 205

69. Manchester R.N., 1971, ApJ (Lett.), 163, L101 Manchester R.N., 1971, ApJS, 23, 283

70. Maron O., Kijak J., Kramer M., Wielebinski R., 2000, AApS, 147, 195

71. McCulloch P.M., Hamilton P.A., Manchester R.N. et al., 1978, MNRAS, 183, 645

72. McLaughlin M.A., Cordes J.M., Hankins T.H., Moffet D.A., 1999, ApJ, 512, 929

73. Morris D., Graham D.A., Sieber W. et al., 1981, AApS, 46, 421

74. Morris D., Kramer M., Thum C. et al., 1997, AAp, 322, L17

75. Murray S., Slane P., Seward F. et al., 2002, ApJ, 568, 226

76. Muslimov A.G., Tsygan A J., 1992, Proc. IAU Colloq. No. 128, 248

77. Narayan R., Vivekanand M., 1983a, AAp, 122, 45

78. Narayan R, Vivekanand M., 1983b, ApJ, 274, 771

79. Oster L., Sieber W., 1976, ApJ, 203, 233

80. Pachini F., 1967, Nature, 216, 567

81. Perry T.E., Lyne A.G., 1985, MNRAS, 212, 489

82. Pineault S., 1986, ApJ, 301, 145

83. Popov M.V., Stappers B., 2007, AAp, 470, 1003

84. Shearer A., Golden A., Beskin J., 2000, ASP Conf. Ser., 102, 307

85. Shitov Yu.P., Malofeev V.M., Malov O.I., Pugachev V.D., 1997, IAU Circ.6775

86. Shitov Yu.P., Pugachev V.D., 1997, New Astronomy, 3, 101

87. Sieber W., 1973, AAp, 28, 237

88. Sieber W., Seiradakis J., 1984, AAp, 130, 257

89. Sieber W., Wielebinski R., 1987, AAp, 177, 342

90. Slane P.O., Helfand D.J., Murray S.S., 2002, ApJ, 571, L45

91. Slee O.B., Alurkar S.K., Bobra A.D., 1986, Austral. J. Phys., 39, 103

92. Smith F.G., 1971, MNRAS, 154, 5P

93. Staelin D.H., Reifenstein E.C., 1968, Science, 162, 1481

94. Stinebring D.R., Condon J.J., 1990, ApJ, 352, 297

95. Stollman G.M., 1987, AAp, 171, 152

96. Sturrock P.A., 1970, Nature, 227, 465

97. Sturrock P.A., 1971, ApJ, 164, 529

98. Sun X.H., Han J.L., 2004, astro-ph/0402282

99. Taylor J.H., Huguenin G.R., 1971, ApJ, 167, 273

100. Taylor J.H., Cordes J.H, 1993, ApJ, 411, 674

101. Taylor J.H., Manchester R.N., Lyne A.G., 1993, ApJS, 88, 529

102. Taylor J.H., Manchester R.N., Lyne A.G., Camilo F., 1995, private comm.

103. Thompson C., Dunkan R.C., 1992, ApJ, 392, L9

104. Thompson J., 1996, ASP Conf. Ser., 105, 307

105. Toscano M., Bailes M., Manchester R., Sandhu J.S., 1998, ApJ, 506, 863

106. Vats H.O., Deshpande M.R., Shah C. et al., 1998, IAU Circ. № 6699

107. Vitkevich V. V., Shitov, Yu. P., 1970, Nature, 225, 248

108. Vivekanand M., Mohanty D.K., Salter C.F., 1983, MNRAS, 204, 81

109. Wielebinski R., Sieber W., Graham D.A. et al., 1972, Nature Phys. Sci., 240, 131

110. Williams D.R.W., 1973, AAp, 28, 309

111. WoltjerL., Salvati M., Pacini F., BandieraR., 1997, 325, 295

112. Wright G.A., Fowler L., 1981, AAp, 101, 356

113. Zhelezhnyakov V.V., 1971, ASS, 13, 87

114. Список использованных аббревиатур1. АЖ Астрономический журнал

115. ПАЖ Письма в Астрономический журнал

116. ААр Astronomy and Astrophysics

117. AApS Astronomy and Astrophysics Supplement Series

118. ApJ — Astrophysical Journal

119. ApJS — Astrophysical Journal Supplement Series

120. ASS — Astrophysics and Space Science

121. MNRAS Monthly Notices of the Royal Astronomical Society