CC BY
6
УДК 524.354.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ "НУЛЛИНГА" У НОВОГО РАДИОПУЛЬСАРА J0810+37 НА ЧАСТОТЕ 111 МГЦ
Д. А. Теплых, В.М. Малофеев
Пульсар J0810 + 37 с периодом 1.2483 с был обнаружен в ходе пульсарного поиска на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 111 МГц [1]. В данной работе представлены результаты детального исследования радиоизлучения от J0810 + 37, который демонстрирует редкий эффект, нуллинга различной длительности в очень широком временном интервале со средним значением доли обнуления в дни "включения" (NF) = 38%, а учитывая дни "выключения" - (NF) = 74%, т.к. радиоизлучение от этого источника прерывается в среднем на 2-3 дня, а затем снова возобновляется в среднем на 1-2 дня. Периоды "выключения" достигают 7 дней.
Ключевые слова: радиопульсары, нуллинг, наблюдения на низких частотах.
Введение. Пульсарная поисковая программа, основанная на ежедневном мониторинге участка неба (-9° < 8 < 42°) уже позволила обнаружить 31 новый пульсар [1, 2]. Это в основном близкие пульсары с периодами более 0.4 секунды. Учитывая продолжительность мониторинга в течение более четырех лет, эти поисковые наблюдения должны быть особенно эффективны для обнаружения объектов с переменным излучением. Несколько новых радиопульсаров, действительно, проявляют некоторые особенности радиоизлучения. В данной работе представлены результаты детального исследования пульсара J0810+37, который, скорее всего, демонстрирует эффект нуллинга различной длительности в очень широком временном диапазоне.
Эффект нуллинга - временное отсутствие импульсного излучения от нейтронной звезды. Впервые это явление было описано Бэкером в 1970 году [3]. Бэкер разделил эффект на два типа I и II по продолжительности нуллинга и интервалам повторений (пропуски излучения в 3-10 импульсов с интервалом в ~50 периодов пульсара и 1-2 пропущенных импульса через каждые 3-10 периодов, соответственно). С
ПРАО АКЦ ФИАН, 142290 Россия, Пущино; e-mail: malofeev@prao.ru.
тех пор исследователи неоднократно наблюдали явление нуллинга у ряда пульсаров и установили, что этому эффекту подвержены все компоненты импульса и даже интерпульс, и что он возникает одновременно на всех частотах. При возобновлении излучения его фаза и интенсивность сохраняются [4]. Так же было выявлено, что длительность остановки радиоизлучения может варьироваться от нескольких периодов пульсара до нескольких лет. Доля обнуления радиоизлучения, "nulling fraction" (NF), обычно составляет от 1 до 70%, (см., напр., [5-7]), но встречаются более экстремальные случаи, в которых радиоизлучение пропадает в 90% импульсов (напр., [7-10]). Отдельно выделяют группу "выключающихся" (или "прерывистых") пульсаров, излучения которых "выключаются" на более продолжительное время, от нескольких суток до нескольких лет (напр., [11-13]). Кроме того, наблюдаются не "выключения", а "включения" излучения, другими словами, вспышки активности [14]. Пульсар J0810+37, по всей видимости, занимает некую промежуточную позицию, поскольку демонстрирует как короткие нул-линги в несколько периодов вращения пульсара в течение одного сеанса наблюдения, так и "выключение" излучения на несколько дней. Радиопульсары, которые нельзя однозначно отнести ни к одной из вышеперечисленных групп, уже наблюдались [15, 16]. Явление нуллинга возможно связано с изменениями состояния магнитосферы нейтронных звезд [17, 18], или отражает особенность механизма радиоизлучения (напр., [19]), а потому необычные случаи проявления этого эффекта очень важны для понимания природы излучения пульсаров.
Наблюдения. Наблюдения проводилось в Пущинской радиоастрономической обсерватории на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 111 МГц с использованием стандартного цифрового приемника с высоким частотно-временным разрешением: 470 каналов с полосой каждого 4.88 кГц и с временным разрешением 2.46 мс. Пульсар J0810+37 с периодом 1.2483 с и мерой дисперсии 16 ± 2 пс/см3 был обнаружен в 2017 году в рамках программы поиска пульсаров [1]. В июле 2017 года модернизирована диаграмма направленности радиотелескопа БСА-1М. С её помощью удалось получить существенный выигрыш в чувствительности (в 2-3 раза). И с этого времени ведется наблюдение источника с высоким частотно-временным разрешением с целью уточнения координат, мер дисперсии, периодов, а также измерения первой производной периода, длительности интегрального импульса и его плотности потока. Для исследования эффекта нуллинга были взяты наблюдательные данные за 2018 год. Всего за этот период времени было проведено 250 сеансов наблюдения в режиме записи индивидуальных импульсов. За один сеанс наблюдения регистрировалось 193 периода вращения пульсара (~4 мин).
200 300 Фаза периода
Щ|11йШр11р1
'''•г/ ■ ■
щщшржжйМ
(Ш Sliiili^ :'
200 300 400 Фаза периода
Рис. 1: Примеры интегральных профилей импульса пульсара /0810 + 37 в течение одного дня наблюдения - 20.06.2018 г. Для построения профиля импульса во время фазы активного излучения было суммировано 97 периодов (97-192) (сверху слева); суммирование периодов с 0 по 96 демонстрирует отсутствие какого-либо сигнала - нуллинг (снизу слева). Справа показана последовательность (по вертикали) периодов во время этого сеанса наблюдений, виден нуллинг и активная фаза излучения. По оси абсцисс (справа и слева) отложена фаза периода пульсара Р = 1.2483 с в номерах отсчетов, равных 2.4576 мс (507 точек), по оси ординат - слева: относительная величина плотности потока пульсара; справа - номера периодов.
Рис. 2: Временные вариации радиоизлучения пульсара J0810 + 37 в течение 2018 года (в MJD - модифицированные юлианские даты). Значение "OFF" (верхняя часть, черное - "да") показывает, когда проводились наблюдения, значение "ON" (нижняя часть, черное - "да") соответствует дням, когда радиоизлучение от пульсара было зарегистрировано.
Результаты и обсуждение. В своей активной фазе излучения пульсар Л0810+37 легко обнаруживается, среднее значение отношения сигнал/шум (БЫК) для этого периода
Часть сеанса наблюдения, % Часть сеанса наблюдения, %
Рис. 3: Гистограммы распределения длительности "нуллинга" (слева) и радиоизлучения (справа) в течение сеанса наблюдения во время активной фазы излучения.
составляет 6.3, в 8% случаев источник демонстрирует усиление сигнала (SNR > 10). Во время "выключения" пульсар не показывает даже слабого излучения. На рис. 1 представлены интегральные профили импульса в состоянии излучения и нуллинга. Пульсар J0810+37 имеет широкое окно излучения (средняя полуширина интегрального профиля импульса w0.5 ~ 25 мс), в то время как индивидуальные импульсы очень узкие (wo.5 ~ 8 мс). Длительности интервалов отсутствия излучения варьируются в очень широком диапазоне. Встречались такие дни наблюдений, когда объект излучал только один импульс за весь сеанс. Если пульсар проявляет хоть какую-то активность, даже в одном периоде наблюдения, такие дни помечались как "ON". За период с 1 января по 31 декабря 2018 года пульсар J0810+37 был обнаружен в 96 случаях из 250 наблюдений. Временные вариации (ON/OFF) его радиоизлучения показаны на рис. 2. Длительность нуллинга в активном состоянии пульсара составляет в среднем около 40%, но разброс величин большой (см. рис. 3). Фаза излучения составляет в среднем около 60% времени, но также с большим разбросом значений (рис. 3). Анализ распределения длительностей фаз включения-выключения показал, что в среднем пульсар излучает через каждые 2-3 дня, и включается в среднем на 1-2 дня, но время от времени демонстрирует более длительное пребывание в той или иной фазе.
Данная работа является первой в ряду запланированных исследований особенностей новых пульсаров. Она содержит результаты наблюдений за год и статистические исследования. Мы планируем расширить число исследуемых объектов и попытаться сравнить наши результаты с теоретическими представлениями.
зЗаключение. Проведен детальный анализ исследования радиоизлучения от пульсара Л0810+37, обнаружено явление "нуллинга" различной длительности в очень широком временном диапазоне от секунд до нескольких дней. Возможно, этот пульсар является промежуточным звеном между пульсарами-нуллерами и "выключающимися" пульсарами, т.к. радиоизлучение от этого источника прерывается как внутри сеанса наблюдений (4 мин), так и на 1-7 дней, а затем снова возобновляется на 1-5 дней. Так же для Л0810+37 уточнено значение меры дисперсии, ОМ =17 ± 0.5.
ЛИТЕРАТУРА
[1] С. А. Тюльбашев, В. С. Тюльбашев, М. А. Китаева и др., АЖ 94(10), 837 (2017).
[2] С. А. Тюльбашев, В. С. Тюльбашев, В. В. Орешко, С. В. Логвиненко, АЖ 93(2),
177 (2016).
[3] D. C. Backer, Nature 228(5266), 42 (1970).
[4] C.G. Page, MNRAS 163, 29 (1973).
[5] R. T. Ritchings, MNRAS 176, 249 (1976).
[6] J. L. Herfindal and J. M. Rankin, MNRAS 393(4), 1391 (2009).
[7] N. Wang, R. N. Manchester, and S. Johnston, MNRAS 377(3), 1383 (2007).
[8] V. Gajjar, B. C. Joshi, and G. Wright, MNRAS 439(1), 221 (2014).
[9] N. J. Young, P. Weltevrede, B. W. Stappers, et al., MNRAS 449, 1495 (2015).
[10] M. Burgay, B. Stappers, M. Bailes, et al., MNRAS 484(4), 5791 (2019).
[11] M. Kramer, A. G. Lyne, J. T. O'Brien, et al., Science 312, 549 (2006).
[12] D. R. Lorimer, A. G. Lyne, M. A. McLaughlin, et al., ApJ 758(2), 141 (2012).
[13] F. Camilo, S. M. Ransom, S. Chatterjee, et al., ApJ 746(1), 63 (2012).
[14] V. M. Malofeev, D. A. Teplykh, O. I. Malov, and S. V. Logvinenko, MNRAS 457(1),
538 (2016).
[15] M. Kerr, G. Hobbs, R. M. Shannon, et al., MNRAS 445(1), 320 (2014).
[16] A. Naidu, B. C. Joshi, P. K. Manoharan, and M. A. Krishnakumar, MNRAS 475(2),
2375 (2018).
[17] J. Li, A. Spitkovsky and A. Tchekhovskoy, ApJL 746(2), L24 (2012).
[18] A. Lyne, G. Hobbs, M. Kramer, et al., Science 329(5990), 408 (2010).
[19] J. M. Rankin and G. A. Wright, MNRAS 385(4), 1923 (2008).
Поступила в редакцию 13 мая 2019 г. После доработки 28 ноября 2019 г. Принята к публикации 29 ноября 2019 г.
