[論文レビュー] Radio Pulsar Populations

D. R. Lorimer, N. Pol+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2019

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、FAST、CHIME、SKAなどの次世代電波望遠鏡を用いた近い将来の調査が、はるかに拡大された銀河系パルサー集計をもたらすことを強調し、2020年代末までに通常のパルサーが約10,000個、1,000個を超えるミリ秒パルサーが発見されると予測している。これらの調査が中性子星の回転限界、形成メカニズムの解明、およびパルサー計時アレイによる高感度の重力波検出を可能にするという重要な役割を果たすことを強調している。

ABSTRACT

Our understanding of the neutron star population is informed to a great degree by large-scale surveys that have been carried out by radio facilities during the past fifty years. We summarize some of the recent breakthroughs in our understanding of the radio pulsar population and look ahead to future yields from upcoming experiments planned for the next decade. By the end of the 2020s, we anticipate a much more complete census of the Galactic population and being able to probe the populations of radio-emitting neutron stars more effectively in external galaxies. Among the anticipated discoveries are pulsar--black hole binary systems that will provide further tests of strong-field gravity, as well as large numbers of millisecond pulsars that are crucial to enhancing the sensitivity of timing arrays for low-frequency gravitational waves.

研究の動機と目的

• 近い将来の大規模な調査の文脈において、電波パルサー集計研究の現状と将来の見通しを評価すること。
• 中性子星の回転限界、形成経路、空間的分布に関する重要な天体物理学的問いに答えること。
• 観測バイアスと銀河間媒体の非一様性を考慮したモンテカルロシミュレーションを用いて、パルサー集計のモデリングを改善すること。
• 銀河系および近傍銀河における通常のパルサーとミリ秒パルサーの検出見込みを予測すること。
• 将来の調査による大規模なMSP集計の予測を通じて、低周波数重力波検出のためのより感度の高いパルサー計時アレイを実現すること。

提案手法

• Galactocentric半径、高さ、回転周期、放射度の分布関数に基づいて、合成パルサーを生成するモンテカルロシミュレーションを用いてパルサー集計をモデル化する。
• PsrPidPyシミュレータを用いて、周波数帯域、システム温度、ビームサイズ、積分時間などを組み込んだ、さまざまな望遠鏡における検出可能なパルサーの見込みを推定する。
• 観測バイアスと非一様な銀河間媒体の影響を考慮し、観測サンプルから真のパルサー集計を推定する。
• 進化の前提を仮定しない「スナップショット」アプローチをシミュレーションに採用し、観測分布に一致させる。
• 既存の調査データおよび既知のパルサー（例：2019年3月時点のATNFカタログ）を統合して、予測のキャリブレーションと精緻化を行う。
• FAST、CHIME、MeerKAT、ngVLA、SKAなどの機器における予測された見込みを比較し、調査の効率と天の川スカイカバレッジを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星の最大回転速度は何か？ 1 kHzを超える周波数を持つパルサーは検出可能か？
• RQ2 銀河系内に存在するパルサー、特にミリ秒パルサーはどれくらいいるのか？ それらの半径およびスケールヘイツにおける空間的分布は？
• RQ3 ミリ秒パルサーの主な形成メカニズムは何か？ そして、標準的な二重星進化モデルと比較するとどうなるか？
• RQ4 間歇的パルサーや回転電波トランジエンスパルサーは、「オン」状態と「オフ」状態でどのように異なる減速率を示すか？ これにより磁気圏ダイナミクスにどのような示唆が得られるか？
• RQ5 大・小マゼラン雲に予想される銀河外パルサーの見込みは何か？ そして、それらが銀河ハローおよび周銀河媒体を調査する手がかりとなるか？

主な発見

• 2020年代末までに、はるかに拡大された調査のおかげで、銀河系パルサー集計は通常のパルサー約10,000個、1,000個を超えるミリ秒パルサーに達すると予想される。
• FASTは通常のパルサー3,400個、MSP 1,800個を検出すると予測されるが、MeerKATは理想的な調査条件下で通常のパルサー12,000個、MSP 1,600個を発見すると予想される。
• ngVLAおよびSKAは、銀河中心付近に多数のパルサーを検出すると予想され、パルサー–ブラックホール連星の発見の可能性もある。
• 間歇的パルサーは、「オン」状態と「オフ」状態で二つの明確な減速率を示し、磁気圏電流密度のグローバルな変化を示唆しており、これは通常のパルサーにおけるタイミングノイズの説明に寄与する可能性がある。
• Sgr A*周辺および球状星団内にパルサー–ブラックホール連星が発見されると予想され、強い場の重力理論の新たな検証が可能になる。
• 予想される大規模なミリ秒パルサー集計は、低周波数重力波検出のためのパルサー計時アレイの感度を顕著に向上させる。