王浙宇，韓孟納，童明雷

XPNAV-1和NICER對(duì)Crab脈沖星觀測(cè)數(shù)據(jù)的比較分析

王浙宇1,2，韓孟納1,2，童明雷1,*

（1. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

通過(guò)對(duì)比NICER（Neutron Star Interior Composition Explorer）和XPNAV-1(X-ray Pulsar Navigation-1)關(guān)于Crab脈沖星同一時(shí)段（108天）觀測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)處理結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在周期躍變發(fā)生前的時(shí)段（95天），NICER數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS（root mean square）為5.77 μs,遠(yuǎn)優(yōu)于XPNAV-1數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS 51.56 μs，體現(xiàn)了NICER在有效面積、探測(cè)效率、數(shù)據(jù)采集等方面的優(yōu)勢(shì)，給未來(lái)我國(guó)的X射線脈沖星探測(cè)器研制提供了發(fā)展方向；而在周期躍變發(fā)生后的時(shí)段（13天），發(fā)現(xiàn)XPNAV-1數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為55.87 μs，而NICER數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為167.27 μs，周期躍變對(duì)NICER的影響更大，說(shuō)明在處理周期躍變發(fā)生后時(shí)段的NICER數(shù)據(jù)時(shí)，由于NICER的觀測(cè)精度非常高，需要更頻繁地更新Crab星歷。最后分別得到了兩個(gè)探測(cè)器整段數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)殘差。XPNAV-1數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為55.94 μs，而NICER數(shù)據(jù)的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為64.34 μs，這說(shuō)明NICER數(shù)據(jù)受周期躍變影響更為明顯，進(jìn)一步證明了上述結(jié)論。

Crab脈沖星；脈沖星計(jì)時(shí)；脈沖周期躍變；X射線脈沖星探測(cè)器

0 引言

脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的致密天體，其磁極產(chǎn)生的電磁輻射束隨自身旋轉(zhuǎn)掃過(guò)星際空間，猶如宇宙中的燈塔。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)極其穩(wěn)定，這使其成為宇宙中天然的時(shí)鐘。對(duì)于多波段輻射的脈沖星，在地面和空間使用望遠(yuǎn)鏡都能接收到它的信號(hào)。利用從脈沖星接收到的信息，可以計(jì)算太陽(yáng)系行星質(zhì)量[1]、建立脈沖星時(shí)間尺度[2-4]、探測(cè)低頻引力波[5]，未來(lái)還可以考慮脈沖星導(dǎo)航[6-7]等。

射電波段的脈沖星觀測(cè)技術(shù)比較成熟，能夠通過(guò)觀測(cè)直接構(gòu)建出脈沖星的計(jì)時(shí)模型，得到脈沖星的自轉(zhuǎn)參數(shù)，而X射線波段由于觀測(cè)精度較低，還需要依賴(lài)射電波段長(zhǎng)期觀測(cè)的結(jié)果。不過(guò)，相對(duì)于射電波段，X射線波段的觀測(cè)也有其特有的優(yōu)勢(shì)。一方面，射電觀測(cè)結(jié)果受星際介質(zhì)的色散和散射的影響較大，而X射線極高的頻率幾乎不受星際介質(zhì)的影響；另一方面，射電觀測(cè)在地面，會(huì)受到大氣折射的影響，而由于地球大氣層對(duì)X射線脈沖星信號(hào)的屏蔽作用，只能在太空中觀測(cè)X射線脈沖星。X射線脈沖星計(jì)時(shí)觀測(cè)是脈沖星導(dǎo)航應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。

脈沖星試驗(yàn)01星（XPNAV-1）是為驗(yàn)證脈沖星探測(cè)器性能指標(biāo)和空間環(huán)境適應(yīng)性，積累在軌試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由中國(guó)航天科技集團(tuán)第五研究院研制，中國(guó)空間技術(shù)研究院開(kāi)展空間飛行試驗(yàn)的我國(guó)首顆X射線脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星，于北京時(shí)間2016年11月10日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征11號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空[8]。Crab脈沖星（PSR B0531+21）是XPNAV-1的觀測(cè)目標(biāo)，其在X射線波段的流量很高，是宇宙中最明亮的信號(hào)源之一，非常適合XPNAV-1觀測(cè)，因此XPNAV-1積累了大量Crab脈沖星的觀測(cè)數(shù)據(jù)[9]。本文使用了部分觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)時(shí)分析。

中子星內(nèi)部成分探測(cè)器（Neutron Star Interior Composition Explorer，NICER）于2017年6月3日由SpaceX公司的獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射升空[10]，安裝在國(guó)際空間站（ISS）外部的可移動(dòng)臂上，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)研究脈沖星的X射線探測(cè)器。NICER包含了56組探測(cè)器，目前仍在工作的有52組，每一組本質(zhì)上都是一個(gè)小型X射線望遠(yuǎn)鏡[11-12]。NICER的主要用途是研究X射線脈沖星的高精度計(jì)時(shí)，限制脈沖星的質(zhì)量-半徑關(guān)系和研究脈沖星的高能輻射機(jī)制。與XPNAV-1相比，NICER的各項(xiàng)性能有著巨大的優(yōu)勢(shì)，它有著更大的有效接收面積，更好的時(shí)間分辨率和能量分辨率，再加上靈敏度方面的優(yōu)勢(shì)，使得NICER能夠得到更精確的觀測(cè)數(shù)據(jù)。本文選擇了NICER與XPNAV-1相同時(shí)間跨度的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，討論二者計(jì)時(shí)結(jié)果的差異。

1 Crab脈沖星觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)處理流程

1.1 數(shù)據(jù)選取

表1 NICER和XPNAV-1性能參數(shù)

盡管如此，XPNAV-1是專(zhuān)門(mén)用于脈沖星試驗(yàn)的觀測(cè)衛(wèi)星，只針對(duì)Crab開(kāi)展觀測(cè)，并且是高頻次的觀測(cè)。而NICER也對(duì)Crab開(kāi)展了一些觀測(cè)，不過(guò)由于NICER的觀測(cè)重心不在Crab上，導(dǎo)致其觀測(cè)頻次低，一個(gè)月可能只觀測(cè)幾次，甚至不觀測(cè)，因此處理XPNAV-1的觀測(cè)數(shù)據(jù)能獲得比NICER更多的脈沖到達(dá)時(shí)間（TOA）。此外，由于XPNAV-1不如NICER靈敏，并且其時(shí)間分辨率也不如NICER，這導(dǎo)致即使XPNAV-1每次觀測(cè)的曝光時(shí)間長(zhǎng)于NICER，其獲得的光子數(shù)也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于NICER，光子數(shù)據(jù)在時(shí)間尺度上的密集程度也不如NICER。因此，NICER的觀測(cè)數(shù)據(jù)更能反映出Crab脈沖星的細(xì)節(jié)特征。為了比較同一時(shí)段內(nèi)XPNAV-1和NICER的計(jì)時(shí)結(jié)果，選擇2017年8月5日至2017年11月20日的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中XPNAV-1共118組數(shù)據(jù)，NICER共24組數(shù)據(jù)。值得注意的是，2017年11月8日，Crab脈沖星發(fā)生了一次明顯的周期躍變現(xiàn)象。為了討論此次周期躍變對(duì)XPNAV-1和NICER計(jì)時(shí)處理結(jié)果的影響，本文將數(shù)據(jù)分成周期躍變前和周期躍變后兩段，周期躍變前對(duì)應(yīng)了2017年8月5日至2017年11月7日的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這期間XPNAV-1共101組數(shù)據(jù)，NICER共10組數(shù)據(jù)。周期躍變后對(duì)應(yīng)了2017年11月8日至2017年11月20日的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這期間XPNAV-1共17組數(shù)據(jù)，NICER共14組數(shù)據(jù)。

1.2 TOA獲取

因?yàn)镃rab脈沖星星歷的時(shí)間尺度是TDB（barycentric dynamical time），為一致起見(jiàn)，描述光子到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間尺度必需采用TDB。不同時(shí)間尺度之間的轉(zhuǎn)換公式[17-19]如下：

本文采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓與觀測(cè)積分脈沖輪廓互相關(guān)方法計(jì)算觀測(cè)得到的脈沖到達(dá)太陽(yáng)系質(zhì)心時(shí)刻（TOA），為此，需要將光子到達(dá)探測(cè)器的時(shí)刻轉(zhuǎn)換成到達(dá)太陽(yáng)系質(zhì)心（SSB）時(shí)刻。由于X射線輻射無(wú)需考慮色散效應(yīng)，并且本文采用的Jodrell Bank天文臺(tái)發(fā)布的Crab脈沖星星歷[20]未考慮Crab脈沖星的自行和視差，無(wú)需考慮色散、自行和視差帶來(lái)的影響。

此外，衛(wèi)星的位置和SSB位置并不重合。如果將脈沖星的輻射看作平面波，那么衛(wèi)星到SSB的位移在脈沖星方向矢量上的投影長(zhǎng)度就是額外的傳播路徑，相應(yīng)的時(shí)延量就是Roemer時(shí)延，也稱(chēng)真空傳播時(shí)延。脈沖星的輻射在傳播過(guò)程中還會(huì)受到太陽(yáng)系的天體產(chǎn)生的引力場(chǎng)影響，產(chǎn)生的時(shí)間延遲稱(chēng)為Shapiro延遲[21-22]。

為了與Jodrell Bank天文臺(tái)發(fā)布的Crab脈沖星星歷保持一致，本文的太陽(yáng)系星歷表使用DE200[23]。雖然DE200和較新版本的太陽(yáng)系星歷表相比，天體的位置存在數(shù)百千米的誤差，并且存在明顯的趨勢(shì)。但根據(jù)文獻(xiàn)[24]的研究發(fā)現(xiàn)，如果選用的太陽(yáng)系星歷表與使用的脈沖星星歷當(dāng)初歸算時(shí)采用的歷表不同，殘差的彌散反而更大。因此為了保持內(nèi)部自洽，本文未采用較新版本的太陽(yáng)系星歷表。

考慮上述各類(lèi)時(shí)延修正后，得到一系列光子到達(dá)SSB時(shí)刻，基于此可以分別折疊標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓和積分脈沖輪廓。折疊脈沖輪廓時(shí)要選取恰當(dāng)?shù)南辔蛔娱g隔數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[25]對(duì)XPNAV-1一年數(shù)據(jù)的分析，選取相位子間隔數(shù)Nbins=128和Nbins=256比較合適，并且兩種選擇的結(jié)果基本一致。該文獻(xiàn)選取了相位子間隔數(shù)Nbins = 256來(lái)折疊脈沖輪廓，而相比之下，本文使用的XPNAV-1數(shù)據(jù)相對(duì)較少，標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓的信噪比相對(duì)較低，為了避免引入更多噪聲，本文選擇相位子間隔數(shù)Nbins=128來(lái)折疊脈沖輪廓。圖1展示了XPNAV-1和NICER整段數(shù)據(jù)折疊的標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓，圖2展示了XPNAV-1和NICER相同時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)（MJD 58 024.58～MJD 58 024.86）折疊的積分脈沖輪廓。

目前,跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的研究已逐步出現(xiàn),需要整合不同學(xué)科、領(lǐng)域的知識(shí)和資源?；谡{(diào)查報(bào)告,我們整理了日本學(xué)術(shù)界跨領(lǐng)域、跨部門(mén)的合作情況,見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖輪廓

圖2 積分脈沖輪廓

輪廓折疊后，通過(guò)Taylor-FFT法[26]對(duì)二者進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算來(lái)獲取一系列脈沖到達(dá)太陽(yáng)系質(zhì)心時(shí)刻TOA數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)涉及的時(shí)間段內(nèi)Crab脈沖星的星歷有多次更新，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中需要及時(shí)更換星歷，涉及的Crab脈沖星星歷數(shù)據(jù)如表2[20]所示，其中周期躍變發(fā)生后更新了兩次星歷。

表2 Crab脈沖星自轉(zhuǎn)參數(shù)

注：1）脈沖星星歷的參考?xì)v元（TDB）的整數(shù)（約化儒略日）部分；2）參考?xì)v元的秒部分，使用DE200得到。

1.3 計(jì)時(shí)殘差獲取

在獲得測(cè)量的TOA之后，為了得知其精度水平，需要將其與利用脈沖星星歷參數(shù)建立的計(jì)時(shí)模型預(yù)測(cè)的TOA作差，得到計(jì)時(shí)殘差。計(jì)時(shí)殘差的獲取過(guò)程分為以下幾步。首先，將測(cè)量的TOA代入脈沖星相位公式：

。（6）

。（7）

2 XPNAV-1和NICER計(jì)時(shí)處理結(jié)果對(duì)比

2.1 周期躍變發(fā)生前的計(jì)時(shí)處理結(jié)果對(duì)比

為了對(duì)比兩個(gè)探測(cè)器的計(jì)時(shí)結(jié)果，得到二者的計(jì)時(shí)殘差如圖3、圖4所示。首先去除了XPNAV-1數(shù)據(jù)中利用光子數(shù)小于10 000的文件得到的13個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，因?yàn)檫@些光子數(shù)過(guò)少的文件無(wú)法折疊出脈沖輪廓，然后根據(jù)3原則去除了3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后獲得了85個(gè)TOA，其擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS（root mean square）為51.56 μs。NICER觀測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)需去除數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得了10個(gè)TOA，擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為5.77 μs。

圖3 周期躍變發(fā)生前XPNAV-1觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

圖4 周期躍變發(fā)生前NICER觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

對(duì)比圖3和圖4可以看出，同時(shí)期的NICER數(shù)據(jù)得到的計(jì)時(shí)殘差及其不確定度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于XPNAV-1數(shù)據(jù)。這是可以預(yù)見(jiàn)的，因?yàn)門(mén)OA的測(cè)量精度和射線探測(cè)器性能密切相關(guān)，可以用一些參數(shù)來(lái)衡量TOA的測(cè)量精度[27]：

。（8）

2.2 周期躍變發(fā)生后的計(jì)時(shí)處理結(jié)果對(duì)比

為了討論計(jì)時(shí)結(jié)果是否受到周期躍變的影響，這里選擇不去除誤差過(guò)大的數(shù)據(jù)點(diǎn)以觀察計(jì)時(shí)殘差的趨勢(shì)。將XPNAV-1數(shù)據(jù)去除利用光子數(shù)小于10 000的文件得到的2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后，獲得了15個(gè)TOA，其計(jì)時(shí)殘差如圖5所示，擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為55.87 μs。NICER數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)殘差如圖6所示，其擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為167.27 μs。

圖5 周期躍變發(fā)生后XPNAV-1觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

圖6 周期躍變發(fā)生后NICER觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

圖5和圖6所示殘差是用相同的Jodrell Bank發(fā)布的Crab脈沖星自轉(zhuǎn)參數(shù)計(jì)算得到的，受周期躍變影響，二者彌散度較大，圖6中NICER結(jié)果RMS更大，但圖6比圖5更能清楚地表現(xiàn)出周期躍變后計(jì)時(shí)殘差的系統(tǒng)性變化趨勢(shì)。圖6中的系統(tǒng)性變化趨勢(shì)明顯由兩段組成，這是因?yàn)橹芷谲S變后更新了兩次星歷，第一次更新（適用時(shí)段MJD 58065～MJD 58070）和第二次更新（適用時(shí)段MJD 58071～MJD 58077）恰好分別對(duì)應(yīng)兩段系統(tǒng)性變化趨勢(shì)。上述結(jié)果說(shuō)明NICER比XPNAV-1觀測(cè)數(shù)據(jù)精度更高，也說(shuō)明預(yù)報(bào)脈沖TOA采用的自轉(zhuǎn)參數(shù)不能反映Crab自轉(zhuǎn)頻率及其變化的真實(shí)狀況。由表2可見(jiàn)，正常情況下，Jodrell Bank提供Crab自轉(zhuǎn)參數(shù)的時(shí)間間隔是20至30天，而在周期躍變事件前后，提供自轉(zhuǎn)參數(shù)的時(shí)間間隔改為7至10天。如果要完全消除圖6中計(jì)時(shí)殘差的變化趨勢(shì)，需要更頻繁地（如每天）更新Crab脈沖星在周期躍變后時(shí)間段的自轉(zhuǎn)參數(shù)。實(shí)際上，脈沖星導(dǎo)航應(yīng)用對(duì)脈沖星星歷更新頻次的要求取決于脈沖星的自轉(zhuǎn)頻率穩(wěn)定度：對(duì)于自轉(zhuǎn)頻率穩(wěn)定度較高的毫秒脈沖星，其星歷可1年甚至更長(zhǎng)時(shí)間更新1次，而對(duì)于自轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的脈沖星，如Crab，必需更頻繁地更新其星歷參數(shù)，特別是自轉(zhuǎn)參數(shù)。

2.3 整段數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)處理結(jié)果對(duì)比

為了更全面地反映周期躍變對(duì)計(jì)時(shí)結(jié)果的影響，將兩段數(shù)據(jù)整合，討論整段數(shù)據(jù)的計(jì)時(shí)結(jié)果。首先，依然采用周期躍變發(fā)生前時(shí)段的Crab脈沖星星歷，但不再更換周期躍變發(fā)生后時(shí)段的Crab脈沖星星歷，得到的XPNAV-1和NICER的計(jì)時(shí)殘差如圖7所示。

圖7 計(jì)時(shí)殘差

根據(jù)圖7（a）和圖7（b）可以清晰地看到如果周期躍變發(fā)生后的時(shí)期不更換星歷，XPNAV-1和NICER的計(jì)時(shí)殘差會(huì)出現(xiàn)很大的彌散，說(shuō)明周期躍變對(duì)計(jì)時(shí)結(jié)果存在較大影響。之后更換周期躍變發(fā)生后時(shí)段的Crab脈沖星星歷，對(duì)兩個(gè)探測(cè)器的整段數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)時(shí)處理。將XPNAV-1的整段數(shù)據(jù)去除利用光子數(shù)小于10 000的文件得到的15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再根據(jù)3原則去除了3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得了100個(gè)TOA，計(jì)時(shí)殘差如圖8所示，其擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為55.94 μs。NICER的整段數(shù)據(jù)根據(jù)3原則去除了1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得了23個(gè)TOA，計(jì)時(shí)殘差如圖9所示，RMS為64.34 μs。

圖8 XPNAV-1整段觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

圖9 NICER整段觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得的TOA的殘差（相位子間隔數(shù)Nbins為128）

從圖8可以看到XPNAV-1的計(jì)時(shí)殘差沒(méi)有明顯的趨勢(shì)，說(shuō)明以XPNAV-1的觀測(cè)精度，使用Jodrell Bank的Crab星歷表處理其觀測(cè)數(shù)據(jù)后，躍變對(duì)殘差的影響不明顯。而圖9中可以看到NICER的計(jì)時(shí)殘差能夠反映出周期躍變效應(yīng)，特別是周期躍變后計(jì)時(shí)殘差明顯受到周期躍變效應(yīng)影響，受周期躍變影響其總計(jì)時(shí)殘差RMS也較大。

3 結(jié)語(yǔ)

本文選取了NICER和XPNAV-1同一時(shí)段的數(shù)據(jù)（2017年8月5日至2017年11月20日），以周期躍變發(fā)生的時(shí)間（2017年11月8日）為分界，將數(shù)據(jù)分成了周期躍變發(fā)生前和發(fā)生后兩段，并對(duì)分段前和分段后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)時(shí)分析。對(duì)于周期躍變發(fā)生前的時(shí)段，NICER數(shù)據(jù)獲得的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為5.77 μs，XPNAV-1數(shù)據(jù)獲得的擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為51.56 μs。結(jié)果的差異反映了XPNAV-1的性能與NICER比存在較大不足，這給了我國(guó)未來(lái)的X射線脈沖星探測(cè)器幾個(gè)發(fā)展方向。其一，增大探測(cè)器的有效面積，X射線接收器要面陣大、效率高。其二，增加探測(cè)器的探測(cè)效率，探測(cè)器件要滿足高效率、低噪聲，電子器件構(gòu)成的系統(tǒng)也要高效、低噪。其三，提高空間輻射本底的抑制效率，減少背景X射線光子和高能粒子的干擾。對(duì)于周期躍變發(fā)生后的時(shí)段，XPNAV-1數(shù)據(jù)獲得的計(jì)時(shí)殘差不存在明顯的趨勢(shì)，而NICER數(shù)據(jù)獲得的計(jì)時(shí)殘差存在明顯的趨勢(shì)，說(shuō)明NICER的觀測(cè)精度更高，記錄的周期躍變信息更精確，而Jodrell Bank發(fā)布的Crab脈沖星星歷更新頻次較低，導(dǎo)致沒(méi)能完全消除周期躍變的影響。對(duì)于整個(gè)時(shí)段，本文討論了如果不更新周期躍變發(fā)生后時(shí)段的星歷，周期躍變對(duì)兩個(gè)探測(cè)器的計(jì)時(shí)殘差的影響。兩個(gè)探測(cè)器的計(jì)時(shí)殘差在周期躍變發(fā)生后都出現(xiàn)了很大的彌散，說(shuō)明了周期躍變對(duì)計(jì)時(shí)殘差的影響十分明顯。之后更換了周期躍變發(fā)生后時(shí)段的Crab脈沖星星歷，發(fā)現(xiàn)XPNAV-1的計(jì)時(shí)殘差沒(méi)有明顯的趨勢(shì)，其擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為55.94 μs，而NICER的計(jì)時(shí)殘差仍然受到周期躍變的影響，其擬合前計(jì)時(shí)殘差的RMS為64.34 μs。結(jié)果表明，高精度的觀測(cè)能夠更精確地觀測(cè)周期躍變，而要消除高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)的周期躍變成分，需要更高頻次地更新脈沖星星歷，特別是更新自轉(zhuǎn)參數(shù)。

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Comparison and analysis of Crab pulsar observation data from XPNAV-1 and NICER

WANGZhe-yu1,2, HANMeng-na1,2, TONGMing-lei1,*

(1. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

By comparing the timing processing results of the observation data of Crab pulsar in the same period (108 days)from NICER and XPNAV-1, it is found that in the period before glitch (95 days), the RMS=5.77 μs of the pre-fit timing residuals of NICER data is much better than the RMS=51.56 μs ofpre-fit timing residuals of XPNAV-1 data. It reflects the advantages of NICER detector in effective area, detection efficiency, data acquisition and other aspects, and provides the development direction for X-ray pulsar detectors in China in the future; In the period after glitch (13 days), it is found that the RMS of pre-fit timing residuals of XPNAV-1 data is 55.87 μs. The RMS of the pre-fit timing residuals of NICER data is 167.27 μs. glitch has a larger impact on NICER, which means that when processing NICER data in the period after glitch, due to the very high observation precision of NICER, it is necessary to update the Crab ephemeris more frequently. At last, the timing residuals of the whole data of the two detectors are obtained.The RMS of the pre-fit timing residuals of XPNAV-1 data is 55.94 μs,and the RMS of the pre-fit timing residuals of NICER data is 64.34 μs,which furtherdemonstrates the above conclusions.

Crab pulsar; pulsar timing; glitch; X-ray pulsar detector

王浙宇, 韓孟納, 童明雷.XPNAV-1和NICER對(duì)Crab脈沖星觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析比較[J]. 時(shí)間頻率學(xué)報(bào), 2023, 46(3): 178-187.

10.13875/j.issn.1674-0637.2023-03-0178-10

2023-03-21；

2023-06-29；

mltong@ntsc.ac.cn

科技部SKA專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（2020SKA0120103）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（U1831130）