[論文レビュー] The formation of black-holes in low-mass X-ray binaries

Simon Portegies Zwart, F. Verbunt+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、低質量X線連星（LMXB）におけるブラックホールの形成率を、半解析的および詳細な二重星進化モデルを用いて調査している。予測される形成率は観測値よりも2桁低いことが判明し、20 M⊙未満の星がブラックホールを形成可能であるか、あるいは現在の仮定よりもはるかに大きな角運動量損失を引き起こす二重星の星風が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We calculate the formation rates of low-mass X-ray binaries with a black hole. Both a semi-analytic and a more detailed model predict formation rates two orders of magnitude lower than derived from the observations. Solution of this conundrum requires either that stars with masses less than 20M$_\odot$ can evolve into a black hole, or that stellar wind from a member of a binary is accompanied by a much larger loss of angular momentum than hitherto assumed.

研究の動機と目的

• 二重星進化モデルを用いて、低質量X線連星（LMXB）における理論的ブラックホール形成率を特定すること。
• 予測された形成率と観測されたLMXB集団を比較し、不一致を特定すること。
• 現在の星進化モデルが、ブラックホールを宿す観測されたLMXB集団を説明できるかどうかを検討すること。
• 特に質量損失および角運動量に関して、理論と観測を一致させる可能性のある物理的メカニズムを調査すること。
• 20 M⊙未満の星がブラックホールに進化可能であるか、あるいは星風に起因する角運動量損失が現在の見積もりよりも低く評価されているかを評価すること。

提案手法

• 二重星集団合成に基づき、ブラックホールを有するLMXBの形成率を推定するための半解析的モデルを用いる。
• LMXB形成に至る二重星系の全生涯をシミュレートする、より詳細な二重星進化コードを用いる。
• 質量転送、共通エンvelope進化、星風質量損失に関する標準的仮定を組み込む。
• 標準的な星進化経路を仮定し、銀河領域における単位時間あたりのブラックホールを有するLMXBの期待数を計算する。
• 予測された形成率と、のくち銀河に存在するブラックホールを有する観測LMXB数を比較する。
• 例えば、星風による角運動量損失の増強や、ブラックホール形成の質量下限の低下といった、代替の物理的メカニズムを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ理論的モデルはのくち銀河における観測値よりも著しく少ないブラックホールLMXBを予測するのか？
• RQ2 標準的な二重星進化モデルは、観測されたブラックホールLMXB集団を再現できるか？
• RQ3 理論的予測と観測されたLMXB形成率の不一致を解消するための物理的メカニズムは何か？
• RQ4 初期質量が20 M⊙未満の星が特定の条件下でブラックホールを形成可能である可能性はあり得るか？
• RQ5 星風段階における角運動量損失の現在の理解が、二重星進化に与える影響を低く評価しているのではないか？

主な発見

• 理論的ブラックホールLMXB形成率は、のくち銀河における観測値よりも2桁低い。
• 半解析的モデルと詳細な二重星進化モデルの両方で一貫した結果が得られ、観測との間に明白な不一致があることを示している。
• 特に質量損失および角運動量輸送に関して、標準的な星進化仮定ではこの不一致を解消できない。
• 著者らは、初期質量が20 M⊙未満の星がブラックホールを形成可能であるか、あるいは星風が現在のモデルよりもはるかに大きな角運動量を運ぶ必要があると結論づける。
• 観測されたLMXB集団は、二重星進化理論における根本的な仮定の見直しが必要であることを示唆している。
• 本研究は、二重星系におけるコンパクト天体形成に関する理解における重要なギャップを浮き彫りにしている。