[論文レビュー] Eccentric Binary Millisecond Pulsars

P. C. C. Freire|ArXiv.org|Jul 18, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、非対称な二重周期脈動星（MSP）の発見をレビューし、これらの系のタイミング測定により、従来の知識よりも広い質量分布（1.3 から >2 M⊙）が得られることを強調している。特に、PSR J1903+0327 の正確な質量測定値 1.67±0.01 M⊙ は、密度の高い核物質の軟らかな状態方程式を除外する。これらの発見は、中性子星の状態方程式および超核密度における物質の挙動に関する重要な制約を提供する。

ABSTRACT

In this paper we review the recent discovery of several millisecond pulsars (MSPs) in eccentric binary systems. Timing these MSPs we were able to estimate (and in one case precisely measure) their masses. These results suggest that, as a class, MSPs have a much wider range of masses (1.3 to > 2 solar masses) than the normal and mildly recycled pulsars found in double neutron star (DNS) systems (1.25 < Mp < 1.44 solar masses). This is very likely to be due to the prolonged accretion episode that is thought to be required to form a MSP. The likely existence of massive MSPs makes them a powerful probe for understanding the behavior of matter at densities larger than that of the atomic nucleus; in particular, the precise measurement of the mass of PSR J1903+0327 ($1.67 +/- 0.01 solar masses) excludes several "soft" equations of state for dense matter.

研究の動機と目的

• 非対称な二重周期MSPの形成および進化経路を調査すること。
• 非対称な二重系の高精度な電波タイミングを用いて、MSPの質量分布を特定すること。
• 相対論的軌道パラメータを用いて一般相対性理論を検証し、高密度核物質の状態方程式を制約すること。
• 質量の大きなMSPが中性子星コア内に奇妙な相が存在する可能性に与える影響を検討すること。
• 今後の観測が、相対論的近日点進動を検出し、MSPの高質量を確認する可能性を評価すること。

提案手法

• 相対論的軌道パラメータ（近日点進動 ω̇ など）を測定するため、非対称な二重周期MSPの電波タイミング。
• 一般相対性理論的軌道解法を用いて、パルサーおよび同伴星の質量を、post-Keplerian パラメータ（ω̇, r, s）から導出する。
• アレイソ・ボウおよびグリーン・バンク望遠鏡からのデータにタイミングモデルを適用し、1マイクロ秒未塔の高精度を達成する。
• 複数の非対称MSP系からの質量確率密度関数（p.d.f.）の統計的分析により、集団レベルの性質を推定する。
• 光学波長でのスピン線スペクトル測定により、同伴星の径速度と質量比を決定し、一般相対性理論のさらなる検証を可能にする。
• NGC 6440B などの系で近日点進動を十分な精度で検出するまでの時間を推定するためのシミュレーション。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称な二重周期MSPの質量範囲は何か？ また、二重中性子星系（質量 1.25 から 1.44 M⊙）と比較するとどうなるか？
• RQ2 相対論的軌道パラメータのタイミング測定は、高密度中性子星物質の状態方程式にどのように制約を加えるか？
• RQ3 PSR J1903+0327 で観測された近日点進動は、一般相対性理論で完全に説明可能か？ それとも追加の天体物理学的モデルが必要か？
• RQ4 PSR J1903+0327 の高い質量（1.67±0.01 M⊙）は、中性子星構造および奇妙な物質相の理論にどのような意味を持つのか？
• RQ5 今後の観測、特に光学波長での観測は、非対称MSPの軌道パラメータおよび質量測定の不確実性をどのように解消するか？

主な発見

• 非対称な二重周期MSPの質量分布は、1.3 M⊙ から 2 M⊙ 以上にまで広がっており、従来の認識よりも広い範囲を示しており、特に二重中性子星系（1.25 から 1.44 M⊙）と比較して顕著である。
• PSR J1903+0327 は、正確に測定された質量 1.67±0.01 M⊙ を有しており、これは高密度核物質の軟らかな状態方程式を除外する。
• PSR J1903+0327 の高い質量は、中性子星の中心密度に厳しい上限を課し、クォークやハイパーロンが脱コンfinement状態にあるモデルを制約する。
• PSR J1903+0327 は、銀河ディスクに発見された最初の非対称な二重周期MSPであり、MSPの形成が球状星団に限定されるという従来の仮定に疑問を呈する。
• テルザン5では、7つの非対称な二重周期MSPが同定されており、近日点進動が測定可能であり、MSP質量および軌道進化の統計的分析が可能である。
• 今後の観測、特にスピン線のシフトと長期的タイミングの測定は、PSR J1903+0327 の質量を確認または精緻化し、複数の post-Keplerian パラメータを用いた一般相対性理論の検証を可能にする。