Forbedring af timingpræcision af millisekunders pulsarer ved hjælp af polarisering

Pulsar-timing muliggør de mest stringente test af grundlæggende fysik. Ved at overvåge pulstidspunkterne for ankomst (ToAs) for et ensemble af stabile millisekundpulsarer (MSP'er), kendt som et pulsar timing array (PTA), er det muligt at detektere nanohertz gravitationsbølger (GW'er). Succesen med GW-detektion med PTA'er kræver den højest mulige timingpræcision.

Timingspræcisionen af ​​en pulsar er begrænset af mange støjbidrag, inklusive dem, der indføres af pulsaren selv, det interstellare medium langs sigtelinjen og måleprocessen. På korte tidsskalaer domineres støjen typisk af hvid støj, som omfatter radiometerstøj, jitterstøj og scintillationsstøj.

I en undersøgelse offentliggjort i The Astrophysical Journal , Wang Shuangqiang ved Xinjiang Astronomical Observatory (XAO) under det kinesiske videnskabsakademi og samarbejdspartnere brugte data fra Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) til at udføre en undersøgelse af hvid støj i MSP'er.

Forskerne præsenterede målinger af radiometerstøj, jitterstøj og scintillationsstøj fra 12 MSP'er, der er en del af prøven International Pulsar Timing Array.

De fandt ud af, at forskellige pulsarer viser forskellige niveauer af jitterstøj. Bidraget fra scintillationsstøj er sandsynligvis ubetydeligt, og jitterstøj er større end radiometerstøj, hvilket gør den til den dominerende komponent i hvid støj. Derfor er dæmpning af jitterstøjen vigtig for detektering af GW'er.

Desuden udførte forskerne en ny metode, nemlig matrixskabelonmatching, som genererer ToAs ved at bruge alle fire Stokes-parametre i stedet for kun Stokes I, for at afbøde jitter-støjen.

De fandt ud af, at jitterstøjen kan reduceres i området fra 6,7 ​​% til 39,6 % ved at bruge denne metode. Derfor er matrixskabelonmatching en værdifuld metode til at forbedre timingpræcisionen i pulsarer.

I fremtiden vil denne metode blive anvendt på et stort datasæt af MSP'er med FAST.

Flere oplysninger: S. Q. Wang et al., Pulse Jitter and Single-pulse Variability in Millisecond Pulsars, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad217b

Journaloplysninger: Astrofysisk tidsskrift

Leveret af Chinese Academy of Sciences