第四章

脉冲星的距离&

银河系电子密度分布模型

Pulsar Astronomy by Andrew Lyne & Graham Smith

• 天体的距离是天文学中最基本的参数

三角视差HI 吸收标准烛光引力红移

距离测量阶梯

每次测距技术的改进对天文学都有深远的意义

背景星场

D

α

三角视差法

测量距离 <1kpc

标准烛光

恒星 ～造父变星星团Ia 超新星星系亮 H II 区星系团

射电脉冲星不是标准烛光

视亮度按平方反比率下降： 知道绝对亮度可根据视亮度算出距离。

脉冲星很特别：

理想的点源 （星际介质的理想探针） 相干辐射 射电辐射的 on 和 off 短时标脉冲和 DM 的可测性 脉冲周期的稳定性—— timing 技术 。。。。。。。

1 、 Independent distance estimates or constraints

1.1 、 Interferometric or timing parallaxes1.2 、 H I absorption1.3 、 Associations with globular clusters or supernova remnants

射电脉冲星距离测量：

2. Pulsar distance from dispersion measure (DM)

0

D

eDM n dl

e

DML

n

e

DMn

L

1.1 、脉冲星三角视差• 干涉仪成像 ～ 4

• Timing 视差 ～ 20

背景星场

D

α

三角视差法

测量距离 <1kpc

射电干涉仪成像

自行

视差

PSRB 1929+10

射电手段：

PSR B0950+08三角视差法

Timing parallax

2 2 21 1( ) (( ) | | )

2 2t r s r s r

cd cd

2 cos

2t l

cd

If d = 1kpc 1.2t s

Timing 精度要求高：消色散技术毫秒脉冲星

靠近黄道面距离要近

ds

rSSB

β

D

pulsarEarth‘sorbit

Fig 4.1

Model timing residuals

• Period: P = 5 x 10-16 s

• dP/dt: P = 4 x 10-23

• Position: = 1 mas

• Proper motion: = 5 mas/yr

• Parallax: = 10 mas

.

Parallex signature of PSR J 0437 － 4715

Verbiest et al. 2008

脉冲星－白矮星 系统 PSR J0437 － 4715

DE 405

Verbiest et al. 2008

Pulsar Parallax (mas) Distance (kpc) Tech Reference 1. B0329+54 0.94 ± 0.11 1.03 ± 0.12 RA Brisken 2001 (PhDT) 2. J0437-4715 7.19 ± 0.14 0.139±0.003 T 2001Natur.412..158V 3. B0809+74 2.31 ± 0.04 0.433±0.008 RA Brisken 2001 (PhDT) 4. B0823+26 2.8 ± 0.6 0.36±0.06 RA 1986AJ.....91..974G 5. B0833-45 3.5 ± 0.2 0.287±0.019 OA 2003ApJ...596.1137D 6. B0919+06 0.83 ± 0.13 1.21±0.19 RA 2001ApJ...550..287C 7. B0950+08 3.82 ± 0.07 0.262±0.005 RA 2000ApJ...541..959B 8. B1133+16 2.80 ± 0.16 0.35±0.02 RA Brisken 2001 (PhDT) 9. B1237+25 1.16 ± 0.08 0.85±0.06 RA Brisken 2001 (PhDT) 10.B1451-68 2.2 ± 0.3 0.46±0.07 RA 1990Natur.343..240B 11.B1534+12 0.93 ± 0.13 1.08±0.14 T 1998ApJ...505..352S 12.J1713+0747 0.9 ± 0.3 1.1±0.5 RA 1994ApJ...437L..39C 13.J1744-1134 2.8 ± 0.3 0.36±0.04 T 1999ApJ...523L.171T 14.B1855+09 1.1 ± 0.3 0.9±0.3 T 1994ApJ...428..713K 15.J1909-3744 1.22 ± 0.44 0.8±0.4 RA 2003ApJ...599L..99J 16.B1929+10 3.02 ± 0.09 0.33±0.01 RA Brisken 2001 (PhDT) 17.B2016+28 1.03 ± 0.10 0.97±0.1 RA Brisken 2001 (PhDT) 18.B2020+28 0.37 ± 0.12 2.3±0.6 RA Brisken 2001 (PhDT) 19.B2021+51 0.50 ± 0.07 1.9±0.3 RA Brisken 2001 (PhDT) 20.Geminga 6.4±1.7 0.157±0.034 1996ApJ...461L..91C 21.Vela 3.4±0.7 0.294±0.07 2001ApJ...561..930C 22.J1856.5-3754 7±2 0. 140±0.040 2002ApJ...571..447K

http://ww

w.astro.cornell.edu/~

shami/psrvlb/parallax.ht

ml

Shklovskii 1970

Verbiest et al. 2008

脉冲星－白矮星 系统 PSR J0437 － 4715可以创新一下！运动学距离 Dk

1.2 中性氢的发射和吸收• Constraining the distances to pulsars by measuring abso

rption and emission features caused by the neutral hydrogen (HI) ----- Guelin et al. 1968 0329+54

• The detected frequencies are Doppler-shifted from their test-frame values by differential motion between the sources and the observer.

• The frequency shift is dominated by differential Galactic rotation.

• A model Galactic rotation curve & the velocities

the lower an upper bounds of the pulsar distances

DUHI

HIHI

D

DL

中性氢 21cm 发射 和 吸收 线

发射线

吸收线

1420.406MHz 21cm 线

频率

速度

Range ~250km/s1km/s=4.74kHz观测需要高谱线分辨率

电子自旋能态跃迁激发温度低星际空间温度适合中性氢线产生温度不产生可测量的至宽

8.5kpc ， 220 km/s

DUHI

HIHI

D

DL

中性氢 21cm 发射 和 吸收 线

注意：L=0 and 180 度附近有死角同时对应两个速度有时并不同时得到发射和吸收线局部介质运动模糊较差自转

Tangent point

HI

HIHI

D

DL

DU

51 pulsars included in Table 4.2

1.3 Pulsar distances from Optical associations

Galactic clusters 17 (Table 4.4)

SMC & LMCSNR 9 (Table 4.3)

e

DMn

L

2. Pulsar distances from DM

0

D

eDM n dl

e

DML

n

e

DMn

L

6 2 24.15 10 ( )l h

tDM

f f

NE2001 ：银河系电子密度分布模型Hewish 1968 <ne>=0.2cm-3 Davidson et al. 1969 <ne>=0.03cm-3

MT1981 -- LMT1985 -- Tayler&Cordes 1993 -- NE2001

角至宽

和电子密度涨落有关

Large scale components

LHB ： Local Hot BubbleLoop1 ：LSB ： Local Super BubbleLDR ： Low Density Region

VelaGum

Local ISMNE2001

Local ISM components

Large scale components

电子密度分布

色散量距离

e

DML

n

最后：

银河系结构

FK 06