[論文レビュー] 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)|Sep 8, 1999

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、白色矮星の同伴星が形成された後に中性子星が形成されるシステムを想定し、二重星の進化をモンテカルロシミュレーションすることで、二重パルサーPSR B2303+46およびPSR J1141-6545の形成を調査している。白色矮星同伴星の存在に関する統計的証拠を提示し、空間速度の最小値150 km/sを予測し、系の低離心率を説明するには非対称な超新星爆発が必要であることを示している。

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.

研究の動機と目的

• 中性子星が同伴の白色矮星よりも後に形成される二重パルサーの形成メカニズムを理解すること。
• 観測的制約に基づいて、PSR J1141-6545が白色矮星同伴星を有するという仮説を検証すること。
• 他の二重パルサー系と比較して、このような系の形成レートを推定すること。
• これらの系における予想される軌道周期、離心率、空間速度分布を予測すること。
• PSR J1141-6545の低離心率を説明するための条件を特定すること、特に非対称超新星キックの役割を含む。

提案手法

• ゼロ年齢主系列（ZAMS）パラメータから出発する多数の二重星系の進化をモデル化するためにモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 進化の順序を追跡した：質量の大きな星が、すでに白色矮星となった同伴星の後に中性子星へと進化する。
• 星の進化モデルを適用して、質量転送、共通エンvelope段階、超新星爆発のダイナミクスを計算した。
• 観測された性質と比較するため、軌道周期、離心率、速度のシミュレートされた分布を統計的に分析した。
• PSR J1141-6545のような系の低離心率を説明するために、非対称超新星キックを組み込んだ。
• 予想される空間速度分布を計算し、PSR J1141-6545に対して150 km/sの最小速度閾値を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星が白色矮星の同伴星よりも後に形成される二重パルサーが形成される可能性はどの程度か？
• RQ2 PSR J1141-6545の観測された性質は、白色矮星同伴星と非対称超新星によって説明可能か？
• RQ3 PSR J1141-6545の軌道パラメータと空間速度は、その形成シナリオにどのような制約を課すか？
• RQ4 このような系の形成レートは、他の二重パルサー系と比べてどの程度か？
• RQ5 PSR J1141-6545が観測された低離心率と整合するためには、どの程度の最小空間速度が必要か？

主な発見

• 本論文は、PSR J1141-6545に白色矮星同伴星が存在する統計的証拠を提示し、中性子星が白色矮星の同伴星よりも後に形成された第二の既知の系である可能性を示唆している。
• PSR J1141-6545は、非対称超新星からの著しい初期キックを受けるものとして、最小空間速度150 km/sを示唆している。
• PSR J1141-6545の低離心軌道は、中性子星に反動速度を与える非対称超新星爆発によってのみ説明可能である。
• シミュレーションにより、白色矮星の同伴星よりも後に中性子星が形成されるような系は、他の二重パルサー系と比較して測定可能ではあるが、相対的に低い形成率であると予測されている。
• これらの系の予想される軌道周期および離心率の分布は、現在の観測的制約と整合的である。
• この形成シナリオは、白色矮星が中性子星よりも先に形成できるようにするため、初期の二重星系が特定の質量比と分離距離を有している必要があることを示唆している。