[論文レビュー] Rotating compact strange stars

D. Rosińska, T. Bulik+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2000

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Dey ら (1998) が提示した QCD 基盤の状態方程式（SS1 および SS2）を用いて、一様に回転する素粒子星の数値モデルを提示しており、このような星は中性子星よりも顕著に高い最大質量および回転周波数に達可能であることを示している。主な結果として、ケプラー的状態は常に最も速く回転するモデルではないこと、T/W 確率比が 0.2 を超えることにより、強い回転支持と高い周波数の可能性が示唆されている。

ABSTRACT

We compute numerical models of uniformly rotating strange stars (SS) in general relativity for the recently proposed QCD-based equation of state (EOS) of strange quark matter (Dey et al. 1998). Static models based on this EOS are characterised by a larger surface redshift than strange stars within the MIT bag model. The frequencies of the fastest rotating configurations described by Dey model are much higher than these for neutron stars (NS) and for the simplest SS MIT bag model. We determine a number of physical parameters for such stars and compare them with those obtained for NS. We construct constant baryon mass equilibrium sequences both normal and supramassive. Similarly to the NS a supramassive SS, prior to collapse to a black hole, spins up as it loses angular momentum. We find the upper limits on maximal masses and maximal frequencies of the rotating configurations. We show that the maximal rotating frequency for each of considered evolutionary sequences is never the Keplerian one. A normal and low mass supramassive strange stars gaining angular momentum always slows down just before reaching the Keplerian limit. For a high mass supramassive SS sequence the Keplerian configuration is the one with the lowest rotational frequency in the sequence. The value of $T/W$ for rapidly rotating SS of any mass is significantly higher than those for ordinary NS. For Keplerian configurations it increases as mass decreases. The results are robust for all linear self-bound equations of state.

研究の動機と目的

• QCD 基盤の状態方程式（SS1 および SS2）に従う、絶対安定な素クォーク物質を特徴づける回転する素粒子星の構造および平衡系列の調査。
• これらの素粒子星の性質が中性子星および MIT バッグモデルの素粒子星と比較してどのように異なるかを、特に最大質量および回転周波数の上限に注目して分析すること。
• このような星の天体物理学的意味を特定すること。特に、低周波数 QPO を示す LMXB における高周波数 kHz QPO の説明、およびコンパクト天体の進化経路への寄与を検討すること。
• 角運動量損失に伴う超質量素粒子星の挙動を分析し、ブラックホール崩壊に至る直前のスピンアップ挙動を特に注目すること。

提案手法

• Dey ら (1998) が導出した QCD 基盤の状態方程式（SS1 および SS2）を用いて、一様に回転する素粒子星の定核子質量平衡系列を数値的に構築する。
• 一般相対性理論におけるアインシュタイン場方程式を解き、均一回転配置の極限的安定性（準径方向摂動に対する安定性）およびケプラー的質量放出限界に注目する。
• 重力的質量、核子質量、回転周波数、および回転エネルギーと重力的エネルギーの比（T/W）といった物理的パラメータを、通常の系列および超質量系列に対して計算する。
• 中性子星モデルおよび MIT バッグモデルと比較し、最大質量、最大周波数、T/W 確率比の違いを評価する。
• 最大質量系列とケプラー的限界の交点を特定し、質量および周波数の上限を決定する。
• 進化系列を分析し、角運動量および回転周波数の変化を追跡する。特に、ブラックホール崩壊に近い超質量星の挙動に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCD 基盤の SS1 および SS2 状態方程式に従う回転する素粒子星が、それぞれどの程度の最大質量および回転周波数に達可能か？
• RQ2 Dey ら (1998) のモデルで記述される回転する素粒子星の性質は、中性子星および MIT バッグモデルの素粒子星と比較してどのように異なるか？
• RQ3 角運動量損失に伴う超質量素粒子星の挙動はいかなるものか？特に、ブラックホール崩壊に至る直前、スピンアップを示すか？
• RQ4 ケプラー的状態は常に最も速く回転するモデルであるのか、それとも質量放出の始発より前により高い周波数が達成可能か？
• RQ5 T/W 確率比は質量および回転周波数とともにどのように変化するか？また、これにより、このような星の安定性および観測可能性にどのような意味が生じるか？

主な発見

• SS1 および SS2 状態方程式に従う回転する素粒子星の最大回転周波数は、それぞれ 2.6 kHz および 2.8 kHz に達し、典型的な中性子星の上限を著しく上回っている。
• 低回転周波数では最大質量はわずかに増加（2次効果）するが、高周波数領域では最大質量構成がケプラー的になり、静止状態の最大質量に対して約 15% の増加を示す。
• 回転する素粒子星の最大質量の上限は、静止状態の最大質量に比べて約 40% 高くなるが、これは中性子星に見られるよりも顕著な増幅である。
• 中性子星とは異なり、通常および超質量素粒子星の最速回転状態は常にケプラー的ではない。むしろ、高質量超質量系列ではケプラー的限界が最も低い回転周波数に対応する。
• 高速回転する素粒子星の T/W 確率比は 0.2 を超えることがあり、特にケプラー的状態では質量が小さくなるほど増加する。これは強い回転支持と、より高い観測可能な周波数の可能性を示唆している。
• 核子質量 1.8 M☉ の超質量素粒子星の進化系列を解析したところ、角運動量損失に伴い、ブラックホール崩壊に至る直前にスピンアップが生じることが判明。これは中性子星モデルで観察される挙動と整合的である。