[論文レビュー] Millisecond Pulsars in Close Binaries

Thomas M. Tauris|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 13被引用数 8

ひとこと要約

トーマス・M・トーリスによるこのハビリテーション論文は、連星系内のミリ秒パルサー（MSP）について包括的な研究を提示している。主な焦点は、降着によるスピンアップを経て形成されるMSPのメカニズム、連星および三重連星系における進化経路、超低質量星の超新星爆発および白色矮星の降着誘発的崩壊の役割に向けられている。主な成果として、MSPのスピンアップ効率に関する洗練されたモデル、質量の大きな中性子星形成の制約、三重MSP系の起源に関する知見が得られ、密な連星系における中性子星進化の理解が著しく進展した。

ABSTRACT

In this Habilitationsschrift (Habilitation thesis) I present my research carried out over the last four years at the Argelander Institute for Astronomy (AIfA) and the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR). The thesis summarizes my main findings and has been written to fulfill the requirements for the Habilitation qualification at the University of Bonn. Although my work is mainly focused on the topic of millisecond pulsars (MSPs), there is a fairly broad spread of research areas ranging from the formation of neutron stars (NSs) in various supernova (SN) events, to their evolution, for example, via accretion processes in binary and triple systems, and finally to their possible destruction in merger events. The thesis is organized in the following manner: A general introduction to neutron stars and millisecond pulsars is given in Chapter 1. A selection of key papers published in 2011-2014 are presented in Chapters 2-10, ordered within five main research areas (ultra-stripped SNe in close binaries, massive NSs in close binaries, spin-up of MSPs, formation of a triple MSP, accretion-induced collapse of white dwarfs). In Chapter 11, I give a summary and highlight ongoing projects and further outlook. Slight differences (typos or minor language editing) may in some cases appear in comparison with the actual journal versions of the published papers. Hence, for citing these papers please refer to the journals.

研究の動機と目的

• 密な連星系におけるミリ秒パルサー（MSP）の形成および進化メカニズムを理解すること。
• 超低質量星の超新星爆発が中性子星を伴うコンパクト連星系を形成する役割を調査すること。
• 連星系における降着による中性子星のスピンアップをモデル化し、その効率の上限を特定すること。
• 動的および進化的経路を通じて三重ミリ秒パルサー系がどのように形成されるかを探索すること。
• 中性子星が合体イベントや白色矮星の降着誘発的崩壊によって破壊される条件を検討すること。

提案手法

• 質量移動、角運動量損失、超新星の初期キック効果を組み込んだ詳細な連星進化モデルの分析。
• 超低質量星の超新星を含む、密な連星系における中性子星形成を模擬するための星の進化コードの適用。
• MSPの形成率およびさまざまな連星構成における性質を予測するための集団合成技術の使用。
• 理論的モデルの妥当性を検証するため、電波および高エネルギー天文学からの観測制約を統合。
• 白色矮星の降着誘発的崩壊（AIC）を数値的にモデル化し、質量の大きな中性子星の形成経路としての可能性を検討。
• 2011年から2014年までの20余りの主要論文の結果を統合し、MSP進化の包括的理論枠組みを構築。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 密な連星系におけるミリ秒パルサーの支配的形成経路は何か？
• RQ2 コンパクト連星系における中性子星の降着誘発的スピンアップはどの程度効率的であり、最終的なスピン周波数に何が制限要因となるか？
• RQ3 超低質量星の超新星爆発は、タイトな連星系における中性子星形成にどのような役割を果たすか？
• RQ4 三重ミリ秒パルサー系は、連星系における動的または進化的過程を通じてどのように形成されるか？
• RQ5 白色矮星の降着誘発的崩壊が質量の大きな中性子星の形成を引き起こす条件は何か？

主な発見

• 超低質量星の超新星爆発は、爆発前にほとんどすべてのエンvelopeを失った前身星を伴い、中性子星を伴うコンパクト連星系を形成する有効な経路である。
• 密な連星系における中性子星の降着誘発的スピンアップは、10ミリ秒未満のスピン周期を持つミリ秒パルサーを生成でき、観測された源と整合的である。
• 理論的モデルは、MSPの最大スピン周波数が質量放出と磁気的ブレーキングによって制限され、観測されたスピン周期が10ミリ秒未満に集中していると予測している。
• 三重MSP系は、連星系における第三星の動的捕獲または排出後に安定な軌道進化が起こることで形成される可能性が高く、その経路が示唆されている。
• 白色矮星の降着誘発的崩壊は、質量の大きな中性子星を生成でき、これは二重連星系に存在する高質量中性子星を説明するための有効な経路を提供する。
• 観測されたMSP集団からの制約から、降着過程における角運動量抽出効率が最終的なスピン周波数を決定する上で極めて重要であることが示唆されている。