[論文レビュー] Can HST Measure the Mass of the Isolated Neutron Star RX J185635-3754 ?

B. Paczyński|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2001

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、背景星の位置が重力レンズ効果によってずれる現象を観測することで、孤立中性子星RX J185635-3754の質量をハッブル宇宙望遠鏡（HST）の測位観測によって測定する手法を提案する。中性子星の重力場が1年間のイベント中に背景星の像を約0.6 masずらすため、エインシュタイン輪半径と相対的な幾何配置を用いて質量を直接決定可能であり、新しい直接質量測定法を提供する。

ABSTRACT

In June 2003 the isolated neutron star RX J185635-3754 will pass within 0.3'' of a 26.5 mag star, changing its position by about 0.6 mas. The displacement, caused by gravitational lensing, will be proportional to the neutron star mass. The total event duration will be approximately 1 year.

研究の動機と目的

• 孤立中性子星の質量を重力レンズ効果を用いた直接的測位法によって測定すること。
• RX J185635-3754が明るさの薄い背景星に近づく予定の機会を活用し、このような測定を可能にすること。
• HSTのアドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（ACS）が、0.1ミリ秒以下という高精度の測位を達成できるかどうかを評価すること。
• 理論的中性子星質量推定値（特にPonsら, 2001年）に対する新たなテストを提供すること。
• 測位的マイクロレンズ効果が、連星を伴わないコンパクト天体の質量を調べるための可能性を示すこと。

提案手法

• 中性子星の質量が背景星の光を屈折させ、測定可能な位置ずれを引き起こす重力レンズ効果を利用する。
• エインシュタイン輪半径の式を適用する：φ_E = (4GM / (c² d_π))^(1/2)，ここでd_πはレンズまでのパララックス距離である。
• 最大ずれδφ ≈ φ_E² / Δφを推定する。Δφ = 300 masは、角度的接近距離の最小値を表す。
• HSTのアドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（ACS）を用い、0.6 masのずれを達成するための0.1ミリ秒未満の測位精度を実現する。
• 測定されたδφ、Δφ、d_πを組み合わせ、質量式 M/M☉ = 2.25 × (d_π / 61 pc) × (δφ / 1 mas) × (Δφ / 300 mas) を用いて中性子星の質量を導出する。
• WFC3を用いた先行のパララックス測定に基づき、HSTが明るさの薄い天体に対して0.1 masの測位精度を発揮している事実を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HSTは、孤立中性子星による重力レンズ効果によって生じる0.6 masの測位ずれを検出可能か？
• RQ2 アドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（ACS）は、26.5等の背景星に対して必要な0.1ミリ秒未満の精度を達成可能か？
• RQ3 このレンズ効果法を用いて、RX J185635-3754の質量を独立して決定でき、理論的モデルの検証が可能か？
• RQ4 レンズ効果イベントの予想される持続時間と時間スケールは何か？HSTの観測計画と整合性があるか？
• RQ5 この手法は、他の孤立コンパクト天体の質量を測定するための測位的マイクロレンズ法として一般化可能か？

主な発見

• 背景星の最大測位ずれは、重力レンズ効果によって約0.6 masと推定され、HSTのACSで達成可能である。
• 中性子星の質量を1.4 M☉、距離を61 pcと仮定した場合、エインシュタイン輪半径は約14 masと計算される。
• レンズ効果イベントの持続期間は約1年であり、中性子星の自己運動が332 mas/年であることに基づき、時間スケールΔt ≈ 1年と推定される。
• 中性子星のパララックスが16 masであり、エインシュタイン輪半径とほぼ等しいため、測定に最も適した幾何的配置が得られる。
• 質量式 M/M☉ = 2.25 × (d_π / 61 pc) × (δφ / 1 mas) × (Δφ / 300 mas) を用いることで、観測可能な量から直接校正可能な質量決定が可能となる。
• 先行のHSTによる明るさの薄い天体の測位観測（0.1 masの精度）の事例と照らし合わせ、この手法の実現可能性が裏付けられている。ACSは2003年のイベントに間に合う見込みである。