[論文レビュー] Magnetars origin and progenitors with enhanced rotation

С. Б. Попов, М. Е. Прохоров|May 19, 2005

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 23

ひとこと要約

本稿では、原始中性子星形成期における急速回転から強力な磁場が生じるという仮定の下、二重星合成を用いて磁気星の起源を調査している。その結果、8–9%のニュートリノ星が回転が強化された前身星から形成されるが、多くは二重星の破壊や合体によって孤立化し、生存する二重星は1%未満にとどまり、主にブラックホールを同伴する。

ABSTRACT

Among a dozen known magnetar candidates there are no binary objects. As an estimate of a fraction of binary neutron stars is about 10% it is reasonable to address the question of solitarity of magnetars, to estimate theoretically the fraction of binary objects among them, and to mark o probable companions. We present population synthesis calculations of binary systems. Our goal is to estimate the number of neutron stars originated from progenitors with enhanced rotation, as such compact objects can be expected to have large magnetic fields, ie. they can be magnetars. The fraction of such neutron stars in our calculations is about 13-16%. Most of these objects are isolated due to coalescences of components prior to a neutron star formation, or due to a system disruption after a supernova explosion. The fraction of such neutron stars in survived binaries is about 1% or lower. Their most numerous companions are black holes.

研究の動機と目的

• 急速回転した前身星から生まれるニュートリノ星の割合を特定すること。この回転が磁気星の磁場生成に不可欠であると仮定する。
• 既知の磁気星が多数が孤立している理由を、ニュートリノ星の二重星形成率が3–10%であるにもかかわらず解明すること。
• 特に合体と質量移動を含む二重星進化の役割が、磁気星の前身星生成に与える影響を評価すること。
• 磁気星が二重星で生存する割合を推定し、その最も可能性の高い同伴星を特定すること。
• 二重星合体（例：ヘリウム星）が磁気星形成に寄与する割合を評価し、観測的制約と比較すること。

提案手法

• 質量の大きな二重星系の進化をモデル化するために、'シナリオマシン'二重星人口合成コードを用いた。
• 磁気星形成には、原型中性子星内のダイナモ機構と関連する、回転が強化された前身星が必要であると仮定した。
• 星風による質量損失と角運動量損失（$α_q$パラメータ化を用いて）を組み込み、回転の加速とコア進化を模擬した。
• ロッシュ・ローブの超過、共通エンvelope段階、および二様なキック速度を伴う超新星爆発を含めた二重星進化を追跡した。
• ヘリウム星の合体や他の二重星経路を通じて、磁気星の形成レートを計算した。
• 統計的解析を用いて、二重星における磁気星の生存率と同伴星の種別分布を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気星の磁場生成に必要な回転が強化された前身星から生まれるニュートリノ星の割合はどの程度か。
• RQ2 ニュートリノ星の二重星形成率が3–10%であるにもかかわらず、すべての既知の磁気星が孤立しているのはなぜか。
• RQ3 二重星の合体や超新星後の破壊が、磁気星の孤立状態をどの程度説明できるか。
• RQ4 生存する二重星における磁気星の最も可能性の高い同伴星は何か。
• RQ5 異なる質量損失率および角運動量損失パラメータが、二重星進化による磁気星形成レートにどのように影響するか。

主な発見

• ニュートリノ星の約8–9%が回転が強化された前身星から形成され、これは磁気星の割合の上限を示している。
• これらの磁気星の前身星の大部分は、ニュートリノ星形成の前後における合体によって孤立化している。
• 磁気星の生存する二重星はわずか1%未満であり、その多くはブラックホールを同伴している。
• ヘリウム星同士の合体による磁気星形成レートは、全ニュートリノ星の0.1%未満、つまり約10万年に1回の割合である。
• ヘリウム星同士の合体によるブラックホール形成は稀であり、モデル上での上限は年間5×10⁻⁶である。
• 異なる質量損失率や$α_q$値に対しても結果が安定しており、これらのパラメータに弱い依存性があることが示された。