Fine frequency structure of interstellar scintillation pattern in radio emission of the PSR B1133+16 at 111 MHz

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The B1133+16 pulsar was observed at a frequency of 111 MHz with the LPA PRAO radio telescope from October 2022 to March 2023. Observations were made twice a week for two days in a row. In total 38 measurements of the scattering parameters were carried out with a high frequency resolution (up to 65 Hz). We used continuous recording of voltage in the frequency band 2.5 MHz with 8-bit digitization. The signal was reconstructed using the coherent dedispersion method. Dynamic spectra (DSP) were constructed for each observing session. Then, for each DSP, we calculated a two-dimensional autocorrelation function (2DACF) and analyzed its frequency and time sections. We have studied the fine frequency structure of pulsar scintillations by analyzing both the dynamic spectra, and the spectra of individual pulses. It has been found that the intrinsic shape of diffraction distortion on average can be represented by a sharp two-sided function with a characteristic frequency width of 1–2 kHz. The long-term variability of the following parameters has been carefully studied: characteristic scales in frequency and time ( fdif and tdif), and rotation measure RM. Based on the analysis of long-term variations, it is suggested that the true frequency form of scintillations may be distorted by ionospheric effects. We also compared the scintillation parameters separately for the two mean profile components, and no differences between the parameters were found.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. V. Popov

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: popov069@asc.rssi.ru

Astrospace Center

Russian Federation, Moscow

T. V. Smirnova

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tania@prao.ru

Pushchino Radio Astronomy Observatory

Russian Federation, Pushchino

References

  1. B.J. Rickett, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 28, 561 (1990).
  2. P.A. G. Scheuer, Nature 218(5145), 920 (1968).
  3. B.J. Rickett, Nature 221( 5176), 158 (1969).
  4. B.J. Rickett, W. A. Coles, and G. Bourgois, Astron. and Astrophys. 134, 390 (1984).
  5. B.J. Rickett, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15, 479 (1977).
  6. J.W. Armstrong, B.J. Rickett, and S.R. Spangler, Astrophys. J. 443, 209 (1995).
  7. V.I. Shishov and T.V. Smirnova, Astron. Rep. 46(9), 731 (2002).
  8. V.I. Shishov, T.V. Smirnova, W. Sieber, V.M. Malofeev, et al., Astron. and Astrophys. 404, 557 (2003).
  9. T.V. Smirnova, V.I. Shishov, W. Sieber, D.R. Stinebring, et al., Astron. and Astrophys. 455(1), 195 (2006).
  10. W. Lewandowski, M. Kowaliska, and J. Kijak, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 449(2), 1570 (2015).
  11. R.W. Romani, R. Narayan, and R. Blandford, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 220, 19 (1986).
  12. D.C. Backer, Astron. and Astrophys. 43(3), 395 (1975).
  13. J.M. Cordes, J. M. Weisberg, and V. Boriakoff, Astrophys. J. 268, 370 (1983).
  14. A. Wolszczan and J. M. Cordes, Astrophys. J. Letters 320, L35 (1987).
  15. Y. Gupta, N. D. R. Bhat, and A. P. Rao, Astrophys. J. 520(1), 173 (1999).
  16. A.T. Deller, W.M. Goss, W.F. Brisken, S. Chatterjee, et al., Astrophys. J. 875(2), id. 100 (2019).
  17. R.N. Manchester, G.B. Hobbs, A. Teoh, and N. Hobbs, Astron. J. 129(4), 1993 (2005).
  18. T.H. Hankins and B.J. Rickett, in Methods in Computational Physics. Radio astronomy 14, 55 (1975).
  19. I.A. Girin, S.F. Likhachev, A.S. Andrianov, M.S. Burgin, M.V. Popov, A.G. Rudnitskiy, V.A. Soglasnov, V.A. Zuga, Astronomy and Computing 45, id. 100754 (2023), arXiv:2303.17280 [astro-ph.IM].
  20. R.N. Bracewell, The Fourier Transform and its applications, McGraw-Hill Ser. Electrical Engineering, Networks and Systems (New York: McGraw-Hill, 1986).
  21. J.M. Cordes, Astrophys. J. 311, 183 (1986).
  22. J.M. Cordes, J.M. Weisberg, and V. Boriakoff, Astrophys. J. 288, 221 (1985).
  23. N.D.R. Bhat, A.P. Rao, and Y. Gupta, Astrophys. J. Suppl. Ser. 121(2), 483 (1999).
  24. N. Bartel, M.S. Burgin, E.N. Fadeev, M.V. Popov, N. Ronaghikhameneh, T.V. Smirnova, and V.A. Soglasnov, Astrophys. J. 941(2), id. 112 (2022).
  25. M.V. Popov, Astron. Rep. 66(12), 1311 (2022).
  26. M.V. Popov and T.V. Smirnova, Astron. Rep. 65(11), 1129 (2021).
  27. W. Feller, An Introduction to Probability Theory and its Applications, Vol. II, 2nd Edition (New York — London — Sydney — Toronto: John Wiley & Sons, Inc., 1971).
  28. M.V. Popov, N. Bartel, A.S. Andrianov, M.S. Burgin, et al., arXiv:2302.13326 [astro-ph.GA] (2023).
  29. F.A. Jenet and S. B. Anderson, Publ. Astron. Soc. Pacific 110(754), 1467 (1998).
  30. M.V. Popov, N. Bartel, M.S. Burgin, C.R. Gwinn, T.V. Smirnova, and V. A. Soglasnov, Astrophys. J. 888(2), id. 57 (2020).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Examples of average profiles in individual observation sessions. The temporal resolution is 0.2 ms.

Download (143KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Examples of dynamic spectra for 4 days of observations. The intensity scale is presented in arbitrary units. The columns to the right of the spectra correspond to the gradation of the signal intensity. The x-axis shows the frequency in MHz, and the y-axis shows the pulse number (time).

Download (141KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Examples of frequency cross-sections of two-dimensional autocorrelation functions (2DACF). The solid lines on the left side of the figure represent sinusoidal curves due to the Faraday rotation of the plane of linear polarization in the receiver band, and the dashed lines correspond to the average value of the sinusoidal wave. The right panels of the figure show the approximation of the frequency cross-section by the generalized exponential function Y(x).

Download (174KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Functions averaged over the entire observation period. At the top is the average ACF in a wide range of frequency shifts, in the center is its central part (the value at zero frequency shift is eliminated). At the bottom is the time section of the average 2DACF with the following parameters: Pf = 5.7 ± 0.1 MHz; fdif = 5.2 ± 0.1 kHz;  = 0.95 ± 0.01; tdif = 45.0±1.7 s.

Download (71KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of the time and frequency sections of the ACF and CCF for two components of the mean profile. The parameters obtained by approximating the corresponding functions are given in Table 2.

Download (89KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Selected strong individual pulses recorded during the observing session on February 6, 2023. The pulses are shown with a time resolution of 20 μs.

Download (63KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Autocorrelation functions (ACF) obtained for the spectra of individual components of the average profile, and cross-correlation functions (CCF) between the spectra of individual components. They were obtained for individual pulses in the session of February 2, 2023 and are presented in Fig. 6.

Download (156KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Results of numerical modeling of spectra. The upper left figure is an individual pulse recorded in the session on December 9, 2022 under number 58; the upper right figure is the power spectrum for this pulse (the first component); in the middle left is the ACF for the power spectrum of pulse No. 58; in the middle right is the simulated spectrum; in the lower part of the figure is the ACF from the simulated spectrum.

Download (125KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Comparison of the ensemble-averaged ACF frequency cross-section (dashed line) and the corresponding ensemble-averaged scintillator eigenfrequency form (solid line). These functions were calculated according to equation (5) for the parameters specified in the text.

Download (41KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».