[論文レビュー] Radio Pulsars in Binary Systems

R. P. Breton|ArXiv.org|Jul 15, 2009

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、一般相対性理論および代替重力理論の検証を目的として、二重電波パルサーを対象に調査しており、PSR J1744−3922の異常なフラックス変動、相対論的二重パルサーPSR J0737−3039A/Bにおける食のモodulation、パルサーAのプロファイルにおける緯度方向の歪みを対象としている。主な結果として、一般相対性理論と整合する相対論的歳差運動の証拠が得られ、緯度方向の歪みに対する厳密な上限が得られ、放射メカニズムの幾何構造と視線方向の配置が制限された。

ABSTRACT

This thesis focuses on the study of binary radio pulsars, their evolution and some specific use of their properties to investigate fundamental physics such as general relativity and other gravitational theories. The work that we present here is organized in three main parts. First, we report on the study of PSR J1744-3922, a binary pulsar presenting a peculiar `flickering' flux behavior as well as spin and orbital properties that do not correspond to the expectations of standard evolution scenarios. Second, we conducted an in-depth analysis of the eclipses in the relativistic double pulsar system PSR J0737-3039A/B. From our modeling of the eclipses, we precisely determined the geometry of pulsar B in space and used this information to study the temporal behavior of the eclipses, which revealed that pulsar B precesses around the angular momentum of the system in a way that is consistent with the prediction of general relativity. Third, we searched for the signature of latitudinal aberration in the pulse profile of pulsar A in the double pulsar system. The non-detection of this effect allows us to put an upper limit on its amplitude, which constrains the geometry of pulsar A with respect to our line of sight as well as its emission geometry. (Abridged)

研究の動機と目的

• PSR J1744−3922における異常なフレアリング的フラックス挙動と、標準的な二重パルサー進化との乖離を調査すること。
• 相対論的二重パルサーPSR J0737−3039A/Bにおける複雑な食のモodulationを理解し、パルサーBの幾何構造を特定すること。
• パルサーAのプロファイルに相対論的緯度方向の歪みが存在するかを調査し、放射メカニズムの幾何構造と向きを制限すること。
• これらのシステムを、強力場領域における一般相対性理論および代替重力理論を検証するための実験的実験施設として用いること。

提案手法

• パルサーBの3次元的幾何構造を回転モジュレーションを用いて抽出するため、PSR J0737−3039A/Bにおける食の光曲線をモデル化する。
• パルサーBのスピン軸が系の角運動量の周りで歳差運動を示すかを検出するため、相対論的時刻モデルを適用する。
• 回転ベクトルモデル（RVM）を用いて、放射ベクトルの向きを用いてプロファイル幾何構造と偏光角χ₀を記述する。
• 軌道を巡るプロファイル変動を分析し、二重成分間隔の周期的シフトを検出することで、緯度方向の歪みの兆候を探索する。
• 軌道的およびスピン運動学を用いて、観測可能な時刻残差と投影半長軸xₚおよび軌道パラメータを関連付ける。
• 歪みの非検出を応用して、振幅の上限を設定し、パルサーの向きと放射ビームの幾何構造を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSR J1744−3922における異常なフレアリング的フラックス挙動の原因は何か？これは新たなタイプの二重パルサーを示唆するか？
• RQ2 PSR J0737−3039A/Bにおける食のモodulationは、パルサーBの3次元的幾何構造とスピン向きをどのように明らかにするか？
• RQ3 パルサーBのスピン軸に相対論的歳差運動の兆候が存在するか？一般相対性理論の予測と一致するか？
• RQ4 PSR J0737−3039A/BのパルサーAのプロファイルは、軌道時間スケールで緯度方向の歪みに起因する周期的モodulationを示すか？
• RQ5 歪みの非検出および食のモデリングから、パルサーの放射メカニズムの幾何構造と視線方向への配置にどのような制限が得られるか？

主な発見

• PSR J0737−3039A/Bにおける食のモodulationは、パルサーBの回転と同期しており、そのスピン軸の3次元的幾何構造を高精度で再構成可能である。
• パルサーBは、系の角運動量の周りで、一般相対性理論の予測と整合する大きさおよび方向の歳差運動を示している。
• パルサーAのプロファイルには顕著な緯度方向の歪み信号は検出されず、その振幅に対する上限が得られた。
• 歪み振幅の上限は、パルサーの視線からの向きおよびビーム開口角を制限する。
• PSR J1744−3922の特異なフラックス挙動およびスピン／軌道的性質は、未だ同定されていないタイプの二重パルサーの存在を示唆している。
• 本研究は、特に相対論的二重パルサーを用いた強力場重力および放射物理の検証において、二重パルサーが強力な実験的ツールであることを示している。