Possible radius-to-intensity mapping in pulsar magnetospheres from observations with the Arecibo radio telescope

Abstract

We used the Arecibo Observatory and the Mock spectrometers to conduct pulsar radio observations at frequencies of 433, 1169 and 1620 MHz for two targets: PSR B0525+21 and PSR B0611+22. Radius-to-Frequency Mapping (RFM) states that there is a mathematical relationship between the emission height of pulses within the first open field lines at the magnetic poles and the observing frequency. In analogy to RFM, we hypothesize that the peak flux density of pulses might be related to their emission heights as a Radius-to-Intensity Mapping (RIM). The recorded data was flux calibrated with the radiometer equation to convert arbitrary units into janskys (Jy). We sorted single pulses by their peak flux density using a MATLAB algorithm and divided them into five increasing intensity bins for each observing frequency, where an average profile was generated for each bin. For each frequency, we measured the widths and emission heights of the average profiles at 3% intensity level. We plotted single pulse equivalent widths, energies, and intensities to further investigate RIM. Our results show that the intensity of pulses is weakly related to their emission height; emission at a particular frequency originates from a small range of emission heights. We also found that for all frequencies and both pulsars, the emission height radius of pulses decreases with increasing frequency, validating RFM.

Utilizamos el Observatorio de Arecibo y los espectrómetros de Mock para conducir radio observaciones de púlsares a frecuencias de 433 MHz, 1169 MHz y 1620 MHz para dos objetivos: B0525+21 y B0611+22. La Cartografía de Radio a Frecuencia (CRF) dice que existe una relación matemática entre la altura de emisión de los pulsos que se encuentran en las primeras líneas abiertas de campo magnético en los polos magnéticos y la frecuencia de observación. En analogía con CRF, hipotetizamos que la densidad de flujo pico de los pulsos puede estar relacionada con la altura de emisión como una Cartografía de Radio a Intensidad (CRI). Se calibró el flujo de los datos grabados utilizando la ecuación del radiómetro para convertir unidades arbitrarias a janskys (Jy). Organizamos pulsos individuales por su densidad de flujo pico usando un algoritmo de MATLAB y los dividimos entre 5 compartimientos de intensidad creciente para cada frecuencia de observación; donde un perfil promedio fue generado para cada compartimiento. Para cada frecuencia, medimos los anchos y las alturas de emisión de los perfiles promedio a un nivel de 3% del máximo de intensidad para cada perfil. Graficamos los anchos equivalentes, energías e intensidades de los pulsos individuales para investigar CRI más a fondo. Nuestros resultados demuestran que la intensidad de los pulsos está débilmente relacionada con su altura de emisión; la emisión a una frecuencia particular se origina en un rango pequeño de alturas de emisión. También encontramos que, para todas las frecuencias y ambos púlsares, el radio de altura de emisión de los pulsos decrece con incrementos en la frecuencia, validando la CRF.