双脉冲星的发现

来自英国、澳大利亚、意大利和美国的天文学家首次发现了双脉冲星.这一发现可用于检验广义相对论,并使研究脉冲星的磁气圈成为可能(有关论文见LyneGetal.Science express,2 0 0 4 ,1 0 94 6 4 5 ) .脉冲星是密度极高的中子星,比地球的质量大一百万倍,而直径仅为几十公里.脉冲星     

甚高能γ射线天文

 天文学是一门古老的学科,它曾为计时和航海提供了科学依据.而今天正在进行着的大规模天文观测研究,巳远远超出了这种实用的目的.现代天文学与原子物理、核物理、高能物理以及宇宙学都有着密切联系,它为宇宙和大体的起源、演化提供了重要依据,成为涉及多种学科的、学术性很强的研究领域.     

1993年诺贝尔物理学奖获奖项目——脉冲双星与引力波

 脉冲星和中子星1967年,英国剑桥大学的天文学家安东尼·休伊什(Antony Hewish)和他的一位年轻女研究生乔斯林·贝尔(Jocelyn Bell)一起,用他们的射电望远镜偶然记录到一种来自某个天体的射电脉冲信号。     

脉冲星辐射区域研究

脉冲星是具有强磁场的快速旋转的中子星，研究脉冲星高能辐射对研究脉冲星的强磁场是很重要的。对于脉冲星高能辐射研究的几个加速区模型（极冠模型，狭长间隙模型和外间隙模型），就目前的观测数据来看，普遍支持的是外间隙模型。     

已获辉煌 继续辉煌——脉冲星研究的科学意义

 脉冲星是20世纪60年代轰动全球的天文学四大发现之一,它是由英国剑桥大学射电天文台的休伊什教授和他的学生贝尔于1967年在研究“行星际闪烁”时偶然发现的。     

发展中的γ射线天文学

 现代天文学的知识有很多是通过分析天体的电磁辐射得到的,天体的电磁辐射的范围是相当宽阔的,它从无线电波、红外光、可见光、紫外光-直延伸到X射线、γ射线.对天体辐射观测越广,就越能较全面地认识宇宙.所以天文学家总希望把研究领域扩展到所有波段.     

基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统研究

为进行X射线脉冲星导航的关键技术研究,搭建了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统.地面模拟系统由模拟X射线脉冲源、基于微通道板的高灵敏X射线光子探测器、电荷灵敏前放和主放电路、时间测量单元、X射线脉冲轮廓构造及X射线脉冲到达时间测量系统组成.该模拟系统可在地面模拟X射线脉冲星导航的星源的强度、周期及脉冲轮廓,实现对X射线脉冲星单光子到达时间的记录,构造X射线脉冲星脉冲轮廓,计算X射线脉冲到达时间.描述了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的组成和工作原理,报道了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的初步结果. 关键词： X射线脉冲星导航 微通道板光子探测器 脉冲轮廓     

发现"脉冲星"的故事剑桥——1967年圣诞假期前夕

1967年圣诞假期将临,英伦三岛寒风凛冽.深夜里一个女青年匆匆忙忙赶到剑桥郊区的射电天文台,调好接收机,不无侥幸地及时录下了她所追求的天文信号.     

基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法

针对脉冲星信号周期估计需逐步搜索、计算量大等问题,提出脉冲星信号周期直接估计算法.根据周期不确定误差对时域上脉冲到达时间(Pulse Time of Arrival,TOA)估计方法的影响,推导了基于TOA信息的脉冲星信号周期估计方法的数学模型.该方法将一组观测到的脉冲光子到达时间序列(Photon Time of Arrivals,TOAs)进行等时间间隔分段,在时域上对每段TOAs进行相位估计获得相应的TOA信息,并根据建立的TOA信息与周期误差的关系采用最小二乘原理估计脉冲星信号周期.对周期准确性的评价不同于传统的依赖折叠轮廓的好坏,而是以TOA与时间图像的斜率作为依据,这一依据更直观、易于理解.理论分析与物理、计算机仿真数据结果表明,本文所提的周期估计方法能够根据短时间脉冲光子到达时间序列获得高精度和高分辨率的脉冲信号周期,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.     

提升小波的X射线脉冲星信号降噪EI北大核心CSCD

对于短时间内X射线脉冲星信号形成的脉冲轮廓的信噪比低,提出基于提升小波的X射线脉冲星信号的降噪方法。分析了基于提升小波的信号降噪理论模型。在周期叠加的基础上,利用探测设备及空间环境的先验信息建立预降噪模型,并对X射线脉冲星的脉冲轮廓做降噪预处理。通过选择小波和自适应的阈值函数,利用提升小波对脉冲轮廓降噪。通过对多组罗西X射线计时探测器(RXTE)卫星探测的实测X射线脉冲星数据的仿真分析,结果表明,降噪后的脉冲轮廓信噪比得到提高,且算法有更快的处理速度。     

基于小波Fisz变换的X射线脉冲星信号降噪研究

针对X射线脉冲星信号信噪比低,难以获取精确脉冲星信号相位的问题,提出了基于WaveletFisz变换的X射线脉冲星信号的估计方法.根据X射线脉冲星信号特性建立了信号模型,推导了Wavelet-Fisz变换理论,利用该变换将X射线脉冲星信号逼近于高斯分布,对变换后的信号数据进行估计.对大量RXTE的实测数据进行分析,结果表明在Wavelet-Fisz变换下能获得较好的估计性能,且耗时小,有利于X射线脉冲星导航的工程应用.     

高稳定度X射线脉冲星信号模拟

X射线脉冲星导航是一种完全自主的导航方式, 在深空乃至行星际空间具有潜在的工程应用价值.由于空间飞行试验系统复杂, 成本巨大, 在实验室环境下高精度地模拟X射线脉冲星信号对数据处理方法和导航方案的验证具有重要意义. 针对当前机械转盘式模拟系统中时间稳定度和轮廓精度的不足, 提出了一种通过产生的轮廓电压信号直接控制可见光光源, 再利用衰减获得光子流, 最后经单光子探测和处理电路输出光子到达时间序列的模拟新方法.该方法实现成本低, 支持任意X射线脉冲星信号的模拟, 且具有高时间稳定度和轮廓精度. 详细地讨论了该方法的原理和涉及的关键技术, 搭建了X射线脉冲星信号模拟系统, 并进行了实验. 实验结果表明: 该系统大幅提高了X射线脉冲星信号的模拟效果, 将模拟脉冲星自转周期的稳定度从现有的10^-4提高到10^-9; 当探测器面积为1 m², 探测能谱范围为2–10 keV, 积分时间为1200 s时, 模拟的PSR B1509-58 观测脉冲轮廓与标准脉冲轮廓的相关系数达到了0.993. 关键词： X 射线光子信号 时间稳定度 观测脉冲轮廓 导航算法     

X射线脉冲星导航系统模拟光源的研究

介绍了X射线脉冲星导航地面模拟光源研究的必要性及非伺服的机械调制方法所存在的问题和缺陷, 提出了基于栅控X射线球管的X射线脉冲星辐射脉冲模拟方法, 通过电子光学设计计算, 对栅控X射线管的电极结构进行设计优化, 研制了栅控X射线管和脉冲星模拟光源装置.实验测试了栅控球管的性能, 测试结果与理论计算结果基本相符, 实现了对X射线的调制; 通过基于FPGA的直接数字频率合成方法, 产生脉冲星的任意形状脉冲轮廓电压信号, 加载至球管控制栅极, 并对其出射脉冲轮廓进行测试, 结果表明产生的X射线脉冲轮廓逼真程度在95%以上, 模拟源频率稳定度约为2×10^-11. 关键词： 脉冲星导航 X射线球管 栅极控制     

标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源

为标定X射线脉冲星导航用探测器, 设计了一种荧光X射线源, 该射线源的工作原理是 用X射线管的出射线轰击特定荧光靶材, 从而获得能量一定的荧光X射线, 并以此作为标定探测器的荧光X射线光源. 采用硅漂移半导体探测器在大气环境下测试了按上述原理搭建的荧光X射线光源的能谱分布和光子流量, 从光子流量入手推算了该荧光X射线光源用于真空系统中对探测器进行标定的可行性. 研制出了荧光X射线光源样机, 并在真空系统中对荧光X射线光源样机光子流量做了测试. 在探测距离D_x=300 cm, X射线管管流I_a=200 μA时, 所测得的荧光X射线光源光子流量可达19.57 ph/s@4.51 keV, 25.22 ph/s@5.41 keV, 33.27 ph/s@8.05 keV, 确认了所提方法的可行性, 获得了标定探测器的荧光X射线光源.     

用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器研究

研制了用于脉冲星导航的X射线光子计数探测器原理样机, 该探测器主要由对X射线灵敏度较高的CsI光电阴极、微通道板电子倍增器和收集阳极组成. 对X射线光子计数探测器灵敏度、时间分辨率和整个系统的死时间进行了测试, 实验结果表明该探测器的灵敏度在5 keV时可达5.2× 10³ A/W, 时间分辨率可达到1.1 ns, 系统整体的死时间为100 ns. 关键词： 脉冲星导航 光子计数探测器 灵敏度 时间分辨率     

X射线脉冲星导航系统导航精度的研究

为提高X射线脉冲星导航系统的导航精度,提出了一种基于低通滤波器的恒比定时方法,以提高X射线脉冲星导航系统中X射线脉冲到达时间的测量精度.通过设计测量方案,对原有的峰值定时方法和改进后的恒比定时系统的定时精度和死时间进行测量.测量结果表明,峰值定时系统的定时精度和死时间分别为18和4750 ns,恒比定时系统的定时精度和死时间分别为0.78和105 ns,与原有的峰值定时系统相比,采用恒比定时系统的定时精度和死时间均得到明显的提高.在X射线脉冲星导航系统中,通过利用这两种不同定时系统来测量X射线光子的到达时间以构造累积脉冲轮廓.实验结果表明,与峰值定时系统相比,采用改进的恒比定时系统获得的累积脉冲轮廓的信噪比得到明显改善,因此,采用恒比定时系统的导航精度可得到提高.     

一种脉冲星周期的时域估计新方法

脉冲星信号的周期估计在脉冲星搜索、观测以及定时研究中具有重要作用.在分析脉冲星周期频域识别方法的基础上,基于脉冲星观测信号的二阶循环平稳模型,提出了一种周期估计的时域新方法-----最大相关方差搜索法.通过对观测信号按假定周期(可变)分组,计算分组后不同时刻的相关系数,进一步得到系数的方差,然后寻找不同周期下的方差最大值,即可得到脉冲星的辐射周期估计.分别对单峰脉冲星(PSRJ0437-4715)的实测信号、双峰脉冲星(PSRB1821-24)的仿真信号以及ATNFEPN数据库中的多颗脉冲星数据进行了周期估计,均得到了令人满意的结果.对众多脉冲星的计算结果表明,与傅里叶频谱法相比,该时域方法对噪声不敏感,尤其在低信噪比情况下仍表现出较优越的性能;与双谱相干统计量方法^[6]相比,运算复杂度更低;尽管其在处理非连续观测数据时能力不足,但仍然可为微弱脉冲星的实时周期估计提供有力参考.     

固态夸克星星震模型的研究

Glitch指脉冲星发生的自转角速度突然增大的现象,在许多脉冲星中都探测到了。Glitch的产生机制与脉冲星内部结构相关,而后者依然是待解决的难题。天文观测和理论研究均不能排除一类可能性,即脉冲星类天体本质上是固态夸克集团星,而固态星体发生Glitch的最自然的解释就是星震。本工作在星震模型下研究了固态脉冲星的Glitch现象。固态星体在自转减慢过程中,会发生应力能（或弹性能）的积累,当积累的应力超过星体能承受的限度,星体会发生碎裂,即发生星震,此时由于转动惯量突然减小而导致自转角速度突然增大,表现为Glitch现象。根据此模型可得到Glitch的幅度与时间间隔的关系。如果星体的质量较大而自转较慢,星震过程可能同时伴随体积的减小,即体积改变的星震,此时通常会有显著的引力能释放,可以解释观测到的反称X射线脉冲星/软伽马射线重复暴（AXPs/SGRs）;如果星体转速较快,星震过程可能只表现为形状即扁率的微小变化,此时不会有显著的能量释放。这两类Glitches可以解释观测现象。进一步的理论研究结合更多观测,有望使人们利用Glitch现象来检验固态夸克集团星这一理论猜想。The author demonstrates that how to understand the Glitches of solid pulsars in the starquake model. Glitch is the sudden spin-up during the normal spin-down process, which has been observed in many pulsars. The mechanism of Glitches is still a matter of debate because it depends on the unsolved problem that what is the nature of pulsars. One of the models of pulsars, the so-called solid quark-cluster stars, could not be ruled out by neither the astrophysics observations nor theoretical considerations. The Glitches of solid quarkcluster stars could naturally be the result of starqukes. During the spinning-down of the solid star, the strain energy develops until the stress reaches the critical value, then some parts of the star fragment, which would suddenly decrease the moment of inertia of the star, leading to the sudden increase of the rotation frequency that manifests as a Glitch. If the star has high mass or rotates slowly, the shrink of radius would happen during the starquake, leading to a huge amount of energy releasing which accounts for AXPs/SGRs. On the other hand, if the star rotates fast, only the oblateness of the star changes during the starquake, which would lead to negligible releasing of energy. This paper discusses the phenomenon of Glitches for solid quark-cluster stars, including the physical processes and consequences of starquakes, as well as the reasons for different energy releasing during Glitches. Further theoretical study combined with more observations about Glitches would be helpful for us to test the conjecture of sold quark-clusters.     

基于两级压缩感知的脉冲星时延估计方法

为了快速获得高精度的脉冲星累积脉冲轮廓时延估计,提出了一种基于两级压缩感知的时延估计方法.压缩感知主要包括三个部分:字典、测量矩阵、恢复算法,其中字典尺寸是影响压缩感知估计精度的重要因素.针对压缩感知中字典的原子数增加虽能提高估计精度但又带来计算量大的问题,该方法采用粗估计与精估计两级字典相结合,先利用粗估计字典原子间隔大的特点进行累积脉冲轮廓全相位估计,得到预估时延值,再利用精估计字典的原子间隔小且个数少适合局部估计的特点对累积脉冲轮廓进行精确时延估计.理论分析与实验结果表明:两级字典数据量比传统字典小两个数量级,在相同的时延估计精度下,该方法比传统压缩感知方法计算量大幅度减少,是一种能保持高估计精度并有效降低计算量的脉冲星时延估计方法.     

γ射线辐照对含钆磷酸钡玻璃影响的光谱分析

为研制新型γ射线屏蔽材料,采用熔融淬火法制备了xGd₂O₃-(50-x)BaO-50P₂O₅（0≤x≤7 mol%）系列玻璃样品,并经60Co辐照源辐照,利用UV-Vis-NIR,Raman等分析技术研究了玻璃的光学特性和微观结构。结果表明,玻璃在γ射线辐照下产生了磷氧空穴中心（Ⅰ类色心）,呈现棕色;Gd₂O₃能增强磷酸钡玻璃的抗γ辐照能力,玻璃中Gd₂O₃含量越高,γ射线辐照导致的色心数量越少;玻璃产生的色心数量会随着γ射线辐照剂量的增大而增加;Gd₂O₃加入降低了玻璃对可见光和近红外光的透过率;γ射线辐照使玻璃出现了光学吸收带损耗,玻璃在紫外到可见光区的透过率降低;玻璃样品的主要结构为Q2偏磷酸盐结构,伴有少量Q1焦磷酸盐和Q0正磷酸盐结构;玻璃微观网络结构在γ射线辐照下变化不明显。