【摘 要】
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脉冲星(Pulsar)是世界上各大射电、高能望远镜主要观测和研究的重要天体之一。目前已有3000多颗脉冲星被发现和研究。但是脉冲星的辐射机制一直是个问题。对于一些化学奇异星(Chemically peculiar stars,CP),例如磁化学奇异星(magnetic chemically peculiar stars,缩写为CP2)的射电辐射表现出与脉冲星相似的观测特征。而这类恒星的射电辐射机制
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脉冲星(Pulsar)是世界上各大射电、高能望远镜主要观测和研究的重要天体之一。目前已有3000多颗脉冲星被发现和研究。但是脉冲星的辐射机制一直是个问题。对于一些化学奇异星(Chemically peculiar stars,CP),例如磁化学奇异星(magnetic chemically peculiar stars,缩写为CP2)的射电辐射表现出与脉冲星相似的观测特征。而这类恒星的射电辐射机制也是一个未解之谜。我国的500米球面射电望远镜(FAST)和郭守敬望远镜(LAMOST)等大科学工程的建设和投入使用为进一步研究这两类天体的辐射提供了历史机遇。本文针对这两类天体的辐射机制及搜寻问题开展了两个方面的研究:一是利用多波段观测数据去研究了脉冲星的辐射特性;二是基于机器学习的方法去从LAMOST发布的海量低分辨光谱中搜寻新的化学奇异星,为后续进一步深入地研究它们的辐射、自转等提供大样本的数据支持。主要研究内容具体如下:针对脉冲星内禀辐射可能引起的计时噪声问题,本文利用罗西(RXTE)、慧眼(HXMT)和中子星内部结构探测器(NICER)等X射线望远镜的观测数据研究了Crab脉冲星脉冲轮廓的长期变化,从而去讨论脉冲星的计时噪声问题。本文首先对Crab脉冲星的脉冲轮廓在2-6、6-15和15-60ke V的两峰间隔进行测量,并给出它们随时间的演化。接着基于环间隙模型对这三个能段上的脉冲轮廓进行了模拟,获得脉冲轮廓两峰的辐射来源于磁层中的位置以及位置随时间的变化。最后,基于脉冲星星风模型等将这种辐射位置随时间的变化解释为是由于脉冲星的磁倾角以每世纪变化约-1.6度造成的。并提出在未来的高精度计时工作中应该充分考虑脉冲轮廓随时间变化而导致的计时噪声问题,从而服务于未来的脉冲星钟及脉冲导航等相关工程及科学研究。针对脉冲星的射电辐射机制问题,本文利用上海天文台65米射电望远镜在5GHz波段对脉冲星J1848-0123进行观测,通过与国际上公开的观测数据相结合,获得610MHz到10550MHz超宽频率覆盖的脉冲轮廓。基于这些多波段的脉冲轮廓,脉冲星的辐射束形、射电辐射区和辐射在磁层中的位置及其随频率的演化被详细地研究。基于对脉冲星J1848-0123脉冲轮廓的频率演化的研究去对脉冲星的逆康普段散射模型进行了检验和约束。研究结果表明,逆康普段散射模型是脉冲星射电辐射的有效机制之一。针对脉冲星的单脉冲辐射特性问题,本文利用FAST射电望远镜在L波段对脉冲星J0815+0939进行了单脉冲观测和研究。为了去研究这颗脉冲星在多波段上的单脉冲辐射性质。本文首先将带宽为400MHz的FAST观测分成了以中心频率在1150和1350MHz、带宽为200MHz的两个波段数据。然后对这颗脉冲星的脉冲轮廓中的四个辐射成分的辐射强度调制和子脉冲漂移现象进行了细致的研究。研究表明,这颗脉冲星没有脉冲消零现象,成分之间的间隔随频率的增加而减小。在1150MHz波段,任意辐射成分的强度与第四个的强度之比都比1350MHz波段的要大。子脉冲成分I、II和III的辐射调制周期P3分别为10.56、10.57和10.59s。通过本研究,一方面这颗脉冲星的单脉冲辐射特性被延伸到了1.4GHz波段,从而丰富了对这脉冲星辐射特性的认识。另一方面,详细的辐射调制及子脉冲漂移研究为未来进一步研究脉冲星的辐射机制问题提供了高质量的观测支持。针对如何从海量光谱数据中搜寻CP星、光谱子型分类和大气参数参量测量等问题。本文首先基于特征提取的机器学习方法从LAMOST DR8中挑选出的30多万条高信噪比的低分辨光谱巡天数据中新搜寻出了6917个新的金属线星(CP1)和1652个新的CP2星。通过收集过去已发布的CP1和CP2样本,发布了一个含有20694个CP星的LAMOST星表。对于获得的星表,通过手动地将这些样本星的光谱与理论光谱进行匹配,重新计算了它们的有效温度、金属丰度、表面重力等大气参数,并给出了对应的参数统计结果。由于LAMOST星表给出的早型星光谱的分类不够准确,因此本文最后还对这些样本星的光谱型进行了重新分类,最终发布了一个含有精确大气参数和准确光谱子型分类的LAMOST的CP星星表。本文的研究为未来进一步对CP星辐射、自转等的统计及理论研究提供了大样本的支持。
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