[論文レビュー] The Galactic Formation Rate of Eccentric Neutron Star-White Dwarf Binaries

V. Kalogera, Chunglee Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、観測された連星パルサーのデータと先行するDNS合体率解析における統計的手法を用いて、非対称な中性子星–白色矮星（NS–WD）連星の銀河系内形成率を経験的に推定した。経験的形成率は約7 Myr⁻¹（パルサーのビーミング補正がなされていない下限）であり、大まかな不確実性を考慮しても理論的連星集団合成モデルと整合的であり、共通包層段階と超新星誘発の非対称性を伴う非標準的進化経路による形成という現在の理解を支持する。

ABSTRACT

In this paper we consider the population of eccentric binaries with a neutron star and a white dwarf that has been revealed in our galaxy in recent years through binary pulsar observations. We apply our statistical analysis method (Kim, Kalogera, & Lorimer 2003)and calculate the Galactic formation rate of these binaries empirically. We then compare our results with rate predictions based on binary population synthesis from various research groups and for various ranges of model input parameters. For our reference moel, we find the Galactic formation rate of these eccentric systems to be ~7 per Myr, about an order of magnitude smaller than results from binary evolution estimations. However, the empirical estimates are calculated with no correction for pulsar beaming, and therefore they should be taken as lower limits. Despite uncertainties that exceed an order of magnitude, there is significant overlap of the various rate calculations. This consistency lends confidence that our current understanding of the formation of these eccentric NS-WD binaries is reasonable.

研究の動機と目的

• 観測された連星パルサー系を用いて、非対称な中性子星–白色矮星（NS–WD）連星の銀河系内形成率を経験的に推定すること。
• 経験的推定値と連星集団合成モデルからの理論的予測を比較すること。
• パルサーのビーミングとモデルパラメータの不確実性を考慮した上で、経験的データと理論モデルの整合性を評価すること。
• 観測された非対称NS–WD連星の集団が、特に共通包層進化と超新星誘発の非対称性を含む現在の連星進化モデルを制約または検証できるかを評価すること。
• 観測に基づく形成率推定と比較することで、現在の理論的モデルの信頼性を定量化すること。

提案手法

• Kim, Kalogera, and Lorimer (2003) が開発した統計的手法を改変し、非対称NS–WD連星の銀河系内形成率の確率密度関数（PDF）を導出する。
• PSR J1141–6545 や PSR B2303+46 などの既知の系の観測特性（例えば、スピン周期、スピンダウン率、軌道周期、離心率、同伴星質量）を用いてサンプルを定義する。
• 観測されたパルサー標本とパルサーの放射能関数に基づき、銀河内におけるこのような系の総数を推定することで、銀河系内形成率を計算する。
• 検出可能な系の数を確率変数とみなして、ベイズ的統計フレームワークを適用し、形成率の信頼区間（68%および95%）を計算する。
• StarTrack を含む複数の連星集団合成コードからの理論的予測と、Nelemans et al. (2001) や Tauris & Sennels (2000) などの既報モデルとを比較する。
• パルサーのビーミング補正が行われていないため、経験的推定値が下限にとどまることを考慮に入れる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された連星パルサー系に基づく非対称NS–WD連星の経験的銀河系内形成率は何か？
• RQ2 経験的推定値は、連星集団合成モデルからの理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ3 パルサーのビーミングとモデルパラメータの不確実性は、経験的および理論的形成率の整合性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 観測された非対称NS–WD連星の集団は、現在の連星進化モデルを制約または検証できるか？
• RQ5 初期質量関数、超新星率、NSキック速度といった仮定の変更が、これらの系の理論的形成率予測に与える影響は何か？

主な発見

• 非対称NS–WD連星の経験的銀河系内形成率は約7 Myr⁻¹であり、68%信頼区間は約+5.6/-3.5 Myr⁻¹、95%信頼区間は約+13.7/-5.4 Myr⁻¹である。
• この経験的推定値は下限である。パルサーのビーミング補正（検出可能なパルサー数を2〜3倍減少させる可能性がある）が行われていないためである。
• 大きな不確実性を伴うが、経験的推定値はStarTrack や他の連星集団合成モデルからの理論的予測と著しく重複しており、整合的である。
• 集団合成モデルによる理論的形成率は、モデル仮定に応じて約0.5から約32 Myr⁻¹の範囲を示し、StarTrack モデルでは約30〜100 Myr⁻¹の範囲を示す。
• 特に95%信頼区間において、経験的および理論的推定値の整合性は、共通包層段階を含む非標準的進化経路による非対称NS–WD連星形成という現在の理解を支持する。
• 理論的モデルにおける予測形成率の広範なばらつきを踏まえ、より詳細なパrameter研究の必要性が強調され、将来的には経験的形成率が理論的モデルを制約する可能性があると示唆された。