[論文レビュー] The effect of supernova natal kicks on compact object merger rate

Krzysztof Belczyński, T. Bulik|ArXiv.org|Jan 14, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、超新星の出生キック（中性子星が形成される際に与えられるインパルス的速度）が、中性子星やブラックホールなどのコンパクトな天体の合体率に与える影響を調査している。二重星集団合成モデルを用いて、著者らは現在観測されているキック速度の範囲内で合体率が30倍の変動を示すことを示しており、重力波およびガンマ線バーストの発生率を予測するうえで大きな不確実性があることを強調している。

ABSTRACT

Mergers of compact objects may lead to different astrophysical phenomena: they may provide sources of observable gravitational radiation, and also may be connected with gamma-ray bursts. Estimate of the rate with which such mergers take place are based on assumptions about various parameters describing the binary evolution. The distribution of one of these parameters - the kick velocity a neutron star receives at birth will strongly influence the number and orbital parameters of compact objects binaries. We calculate these effect using population synthesis of binary stars and show that the expected compact object merger rate changes by a factor of 30 when the kick velocity varies within its current observational bounds.

研究の動機と目的

• 中性子星の出生キックがコンパクト天体二重星系の形成率に与える影響を評価すること。
• キック速度分布の不確実性が合体率予測に与える影響を定量化すること。
• 二重星の進化モデルを用いて、重力波およびガンマ線バーストの前身天体の発生率をより正確に推定すること。
• 合体率が観測されたキック速度の範囲にどれほど敏感であるかを評価すること。
• 今後の重力波観測の解釈に向けた堅牢なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 大質量二重星系の進化をモデル化するために、二重星集団合成シミュレーションを採用した。
• 核崩壊超新星発生時のニュートリノ星の可変な出生キック速度を組み込んだ。
• 複数の進化段階にわたり、コンパクト天体二重星系の形成と進化を追跡した。
• 初期二重星パラメータおよびキック速度の全分布を統合して合体率を計算した。
• キック速度分布の観測的制約を用いて、入力パラメータの範囲を定義した。
• 異なる仮定されたキック速度分布の間で合体率を比較し、感度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超新星の出生キックの分布が、コンパクト天体の合体率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 現在の観測的範囲内でキック速度を変動させた場合、予測される合体率の範囲はどのようになるか？
• RQ3 コンパクト天体の合体率は、出生キックパラメータの不確実性に対してどれほど敏感か？
• RQ4 異なるキック速度の仮定のもとで、コンパクト天体二重星系の何パーセントが合体まで生存するか？
• RQ5 これらの変動が、重力波およびガンマ線バーストの発生率予測にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 中性子星の出生キック速度を現在の観測範囲内で変動させた場合、コンパクト天体の合体率は30倍の変動を示す。
• 高いキック速度は、システムから放出されるため、生存するコンパクト天体二重星系の数を減少させる。
• 低いまたはゼロのキック速度は、二重星系が束縛状態を保つ可能性が高くなるため、著しく高い合体率をもたらす。
• 観測されたキック速度の範囲は、合体率予測における大きな不確実性をもたらす。
• 結果から、出生キック速度は重力波発生率を推定するうえで主要な不確実要因であることが示唆される。
• 本研究は、正確な天体物理学的発生率予測のためには出生キック分布を制約することがいかに重要であるかを強調している。