对脉冲星射电辐射束模型的观测检验

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脉冲星的射电辐射束结构不仅关系到脉冲星的射电辐射机制,也关系到和脉冲星族群有关的理论研究以及与脉冲星探测率有关的观测研究,但是长久以来,射电辐射束的结构一直存在争议。目前主要有三种理论或经验模型——锥模型、扇形束模型和斑块模型。以往对模型的观测检验均限于小样本,主要原因是对于确定辐射束参数的两个基本量——磁倾角和撞击角,过去能从观测中定出的比较少。随着观测资料不断增加和近几年国际上高质量观测数据的释放,进行大样本检验成为可能。磁倾角和撞击角可以通过使用旋转矢量模型(RVM)拟合线偏振位置角数据得到。为了克服传统的Levenberg-Marquardt非线性拟合和格点搜寻算法的低效、易过拟合等问题,本文发展了一套基于贝叶斯推断并用马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)实现的拟合算法。对欧洲脉冲星轮廓数据库中全部的偏振观测数据进行了筛选,最终成功拟合得到了123颗脉冲星的磁倾角和撞击角参数,结合前人给出的64颗脉冲星的结果,我们得到了当前国际上最大的有磁倾角和碰撞角参数的脉冲星样本。利用上述123颗脉冲星的参数,本文进行了迄今最大样本的辐射束模型检验。通过检查碰撞角和累积脉冲轮廓宽度数据的关系,并与扇形束模型和锥模型理论预言的关系进行比对,我们发现观测数据支持扇形束模型,不支持锥模型。这对于目前流行的锥模型提出了挑战。本文发展出的MCMC算法具有高效、不易过拟合、能合理估计参数不确定度的特点,在未来可与FAST和SKA相关研究结合,进行更大样本的RVM模型参数拟合。本文所得到的磁倾角和碰撞角对脉冲星辐射几何、辐射机制、族群和演化等方面的研究有应用价值。
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