[논문 리뷰] Formation of the binary pulsars PSR B2303+46 and PSR J1141-6545 - young neutron stars with old white dwarf companions

Thomas M. Tauris, T. Sennels|arXiv (Cornell University)|1999. 09. 08.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 이중성 펄서 PSR B2303+46와 PSR J1141-6545의 형성 메커니즘을 제로연령주계열(ZAMS) 파arameters에서 시작하는 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 연구한다. 특히 중성자별이 백색왜성 연성성보다 후에 형성되는 시스템에 초점을 맞춘다. 이는 PSR J1141-6545에 백색왜성 연성성이 존재할 가능성을 통계적으로 제시하며, 최소 150 km/s의 공간 속도를 예측하고, 시스템의 낮은 이심률을 설명하기 위해 비대칭 초신성 폭발이 필요하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We have investigated the formation of the binary radio pulsars PSR B2303+46 and PSR J1141-6545 via Monte Carlo simulations of a large number of interacting stars in binary systems. PSR B2303+46 has recently been shown (van Kerkwijk & Kulkarni 1999) to be the first neutron star - white dwarf binary system observed, in which the neutron star was born after the formation of the white dwarf. We discuss the formation process for such a system and are able to put constraints on the parameters of the initial ZAMS binary. We present statistical evidence in favor of a white dwarf companion to the binary pulsar PSR J1141-6545, just recently discovered in the Parkes Multibeam Survey. If this is confirmed by observations this system will be the second one known in which the neutron star was born after its white dwarf companion. We also predict a minimum space velocity of 150 km/s for PSR J1141-6545, and show it must have experienced an asymmetric SN in order to explain its low eccentricity. Finally, we estimate the birthrate of these systems relative to other binary pulsar systems and present the expected distribution of their orbital periods, eccentricities and velocities.

연구 동기 및 목표

• 중성자별이 연성성 백색왜성보다 후에 형성되는 이중성 펄서의 형성 메커니즘을 이해하기 위해.
• 관측 제약 조건을 바탕으로 PSR J1141-6545가 백색왜성 연성성을 가졌다는 가설을 검증하기 위해.
• 이러한 시스템의 탄생률을 다른 이중성 펄서 시스템과 비교하여 추정하기 위해.
• 이러한 시스템의 기대 궤도 주기, 이심률 및 공간 속도 분포를 예측하기 위해.
• PSR J1141-6545의 낮은 이심률을 설명하기 위해 필요한 조건을 규명하기 위해, 특히 비대칭 초신성 힘이 미치는 영향을 포함하여.

제안 방법

• 제로연령주계열(ZAMS) 파arameters에서 출발하는 대규모 이중성 시스템의 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다.
• 진화 순서를 추적: 질량이 큰 별이 이미 백색왜성으로 변한 후에 중성자별로 진화한다.
• 은하계 진화 모델을 적용하여 질량 이 trasfer, 공통-envelope 단계 및 초신성 폭발 역학을 계산하였다.
• 관측된 성질과 비교하기 위해 시뮬레이션된 궤도 주기, 이심률 및 속도 분포를 통계적으로 분석하였다.
• PSR J1141-6545와 같은 시스템의 낮은 궤도 이심률을 설명하기 위해 비대칭 초신성 힘을 통합하였다.
• 기대 공간 속도 분포를 계산하고, PSR J1141-6545에 대해 최소 속도 임계값 150 km/s를 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중성자별이 연성성 백색왜성보다 후에 형성되는 이중성 펄서가 형성될 가능성은 얼마인가?
• RQ2 관측된 PSR J1141-6545의 성질은 백색왜성 연성성과 비대칭 초신성에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 PSR J1141-6545의 궤도 파arameter와 공간 속도는 그 형성 시나리오에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ4 이러한 시스템의 탄생률은 다른 이중성 펄서 시스템과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ5 PSR J1141-6545의 관측된 낮은 이심률과 일치하기 위해 필요한 최소 공간 속도는 얼마인가?

주요 결과

• 논문은 PSR J1141-6545에 백색왜성 연성성이 존재할 가능성을 통계적으로 제시하며, 중성자별이 백색왜성 연성성보다 후에 형성되는 두 번째 알려진 시스템임을 시사한다.
• PSR J1141-6545는 최소 150 km/s의 공간 속도를 가질 것으로 예측되며, 이는 비대칭 초신성에서 기인한 상당한 탄생 힘과 일치한다.
• PSR J1141-6545의 낮은 궤도 이심률은 비대칭 초신성 폭발에 의한 반동 속도가 중성자별에 부여될 때에만 설명될 수 있다.
• 시뮬레이션 결과, 중성자별이 연성성 백색왜성보다 후에 형성되는 이러한 시스템은 관측 가능한 탄생률을 가지지만, 다른 이중성 펄서 시스템에 비해 상대적으로 낮은 탄생률을 가진다.
• 이러한 시스템의 궤도 주기 및 이심도 분포는 현재의 관측 제약 조건과 일치한다.
• 형성 시나리오는 초기 이중성 시스템이 백색왜성이 중성자별 형성 이전에 형성될 수 있도록 특정한 질량 비율과 간격을 가져야 한다는 것을 암시한다.