[論文レビュー] Eclipsing Binary Pulsars

P. C. C. Freire|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、2つの明確に異なるクラスの食連星パルサーを特定している：標準的星間進化によって形成された低質量連星（〜0.02 M☉）と、球状銀河団内で交換衝突によって形成されたより質量の大きな連星（〜0.2 M☉）。後者の系統は、星間物質に包み込まれるため、電波波長域では検出不能であると示しており、その出現頻度を用いて球状銀河団内における中性子星のリサイクル割合を推定し、活性な銀河団内では約7.5％の中性子星が交換衝突によってリサイクルされている可能性を示唆している。

ABSTRACT

The first eclipsing binary pulsar, PSR B1957+20, was discovered in 1987. Since then, 13 other eclipsing low-mass binary pulsars have been found, 12 of these are in globular clusters. In this paper we list the known eclipsing binary pulsars and their properties, with special attention to the eclipsing systems in 47 Tuc. We find that there are two fundamentally different groups of eclipsing binary pulsars; separated by their companion masses. The less massive systems (M_c ~ 0.02 M_sun) are a product of predictable stellar evolution in binary pulsars. The systems with more massive companions (M_c ~ 0.2 M_sun) were formed by exchange encounters in globular clusters, and for that reason are exclusive to those environments. This class of systems can be used to learn about the neutron star recycling fraction in the globular clusters actively forming pulsars. We suggest that most of these binary systems are undetectable at radio wavelengths.

研究の動機と目的

• 連星質量および形成メカニズムに基づいて、食連星パルサーを分類すること。
• 質量の大きな連星系（M_c ~ 0.2 M☉）がなぜ球状銀河団に限定して存在するのかを調査すること。
• 特に質量の大きな連星を含む食連星パルサーの電波波長域における検出可能性を評価すること。
• 観測された交換形成系の集団を用いて、球状銀河団内の中性子星リサイクル割合を推定すること。
• 検出を抑制する可能性のある選択効果（例：遮蔽）を検討すること。

提案手法

• 14個の食連星パルサーの観測データ（時系列解法および軌道パラメータを含む）の収集と分析。
• 47 Tuc Jにおける電波屈折率（DM）の軌道位相依存変化を用いて、食の際の電子密度変化を推定。
• 質量関数と連星質量の比較により、星間進化によって形成された系と交換衝突によって形成された系を区別。
• 観測された交換形成系の数をもとに、球状銀河団内の中性子星リサイクル割合を統計的に推定。
• 非検出および食の挙動の解釈に、遮蔽や闪烁（しんにょう）などの選択効果を組み込む。
• 時系列解法および位相依存DM測定を用いて、プラズマ密度の変化と食の幾何学的構造を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低質量連星（〜0.02 M☉）と高質量連星（〜0.2 M☉）の形成メカニズムの主な相違点は何か？
• RQ2 なぜ質量が約0.2 M☉の連星系が球状銀河団に限定して存在するのか？
• RQ3 質量の大きな連星を含む食連星パルサーが、プラズマによる遮蔽のため電波波長域で検出不能である割合はどの程度か？
• RQ4 球状銀河団内の中性子星のうち、交換衝突によってリサイクルを経験する割合はどれくらいか？ そして、観測された系からどのように推定できるか？
• RQ5 闪烁や変動する食の挙動などの選択効果が、食連星パルサーの検出可能性および分類にどのように影響するか？

主な発見

• 食連星パルサーは2つの明確に異なるグループに分類される：標準的二重星進化によって形成された低質量連星（〜0.02 M☉）と、球状銀河団内での交換衝突によって形成されたより質量の大きな連星（〜0.2 M☉）。
• 両グループにわたる連星質量関数は一様であるため、観測された質量関数は母星の真の質量分布を反映していない可能性が高く、選択効果によるものであると示唆される。
• 0.3 M☉の連星と4.81 msの周期を有する47 Tuc Vは、下弦点付近で明確なオン／オフのパルス放射を示しており、密な軌道上物質による遮断を示唆し、遮蔽仮説を支持する。
• 47 Tuc Jでは、上弦点における余分な電子密度は約1.7×10¹⁶ cm⁻²であり、PSR J2051−0827に比べ顕著に高い値を示しており、この系に顕著なプラズマが存在していることを示している。
• 球状銀河団内の中性子星リサイクル割合の推定値は約7.5％であるが、遮蔽や質量の大きな連星系に対する検出バイアスなどの選択効果の影響により、これはおそらく低めに推定されている。
• 数時間の軌道周期と質量の大きな主系列星を有する系は、持続的なプラズマ遮蔽のため、電波波長域では検出不能であると予想され、M_c > 0.2 M☉の観測された系が存在しない理由を説明できる。