[論文レビュー] Merging neutron stars: asymmetric systems

Stephan Rosswog, M. B. Davies+2 more|ArXiv.org|May 29, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、質量またはスピンの非対称性を有する合体する中性子星二重星の3次元ニュートン流体力学的シミュレーションを提示し、非対称系が2.3 M☉を超える急速に回転する高質量中心核を形成することを示している。その運命は不確かであり、ブラックホールまたは超質量中性子星を形成する可能性がある。シミュレーションでは数百年km/sのキックが生じ、一貫した噴出物質量が得られ、これが顕著なr過程核合成の可能性を示唆している。また、シャocksおよびせん断流の解像度を向上させるために、混合人工粘性スキームを採用した結果、不自然な粘性が低減された。

ABSTRACT

Results of 3D, Newtonian hydrodynamic calculations of the last stages of the inspiral and the final coalescence of neutron star binary systems are described. The focus is on sligthly asymmetric systems with the asymmetry stemming either from different spins or different masses of the binary components. Implications for nucleosynthesis and gamma ray bursts are discussed. Test calculations for the used viscosity scheme are provided in the appendix.

研究の動機と目的

• 質量またはスピンの非対称性を有する合体する中性子星二重星の動的進化および最終的運命を調査すること。
• 非対称性が中心的コン pact 物体（ブラックホールまたは超質量中性子星）の形成に与える影響を評価すること。
• 物質噴出量を定量し、その銀河内r過程核合成への影響を評価すること。
• SPHシミュレーションにおける衝撃波およびせん断流の解像度を向上させるために、混合人工粘性スキームのテストと妥当性を検証すること。
• 核状態方程式が合体イベント中の物質噴出量に与える影響を明らかにすること。

提案手法

• 最終的接近および合体をモデル化するため、3次元ニュートン平滑化粒子法（SPH）シミュレーションを用いた。
• 時間依存の粘性パラメータとBalsaraスイッチを組み合わせた混合人工粘性スキームを採用し、せん断および衝撃領域における不自然な粘性を低減した。
• 質量比が1.3 M☉および1.4 M☉の系をシミュレートし、非対称なスピン配置を検討した。
• LS状態方程式を適用し、テストケースではニュートリノ冷却効果を含め、それが物質噴出に与える影響を評価した。
• 3つのテスト問題を実施した：衝撃波の解像度を検証するためのシャックチューブ、粘性時間スケールをテストするための非対称回転星、不自然な粘性効果を評価するための潮汐相互作用を有する二重星。
• 中心物体質量、噴出物質量、キック速度、バリオンフリーのホーストゥンの形成といった主要な観測量を測定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称中性子星二重星の合体後に形成される中心核の運命は何か？ それは超質量中性子星として安定する可能性はあるか？
• RQ2 質量またはスピンの非対称性が物質の噴出およびそれに続く核合成の可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 核状態方程式が合体時の物質噴出量に与える影響はどの程度か？
• RQ4 混合人工粘性スキームは、SPHシミュレーションにおける衝撃波の解像度と不自然な粘性力の低減にどの程度有効か？
• RQ5 非対称系において、中心物体の極の上にバリオンフリーのホーストゥンが形成されるか？ これによりガンマ線バースト生成の可能性があるか？

主な発見

• すべてのシミュレーションでバリオン質量が2.3 M☉を超える中心核が形成され、それがブラックホールに崩壊するか、超質量中性子星を形成するかを明確に特定することは不可能であった。
• 質量またはスピンの非対称性により、中心物体に数百年km/sの反動キックが生じた。
• 噴出物質量は対称系と同等であり、銀河内r過程元素の蓄積に顕著な貢献を示唆している。
• 混合人工粘性スキームは衝撃波の解像度を向上させ、平均的な粘性パラメータαを低減したが、衝撃波およびせん断流のテストにおいても正確性を維持した。
• 異なるスピンでも極の上にバリオンフリーのホーストゥンが維持されることから、ガンマ線バーストモデルにおけるジェット形成の可能性が示された。
• テストシミュレーションの結果、全噴出物質量は主に核状態方程式の高密度領域の挙動に支配されていることが判明した。