[論文レビュー] X-ray binaries and their descendants: binary radio pulsars; evidence for three classes of neutron stars?

E. P. J. van den Heuvel|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、中性子星がその初期衝撃速度と前身星質量に基づいて3つの異なるクラスに分類されることを提案する。低衝撃速度・低質量の中性子星は、12–14 M⊙未満の星における酸化物-ネオン-マグネシウム核の電子捕獲崩壊によって形成され、高衝撃速度の中性子星は、より質量の大きな星における鉄核の光分解崩壊によって形成される。さらに質量によっても細分化される。この分類は、X線連星系および二重中性子星系における観測された軌道離心率を説明する。

ABSTRACT

An important recent discovery by Pfahl et al. (2002) is that there are two classes of Be X-ray binaries: one with orbits of small eccentricity (<0.25), in which the neutron stars received hardly any kick velocity at birth and a class with substantial orbital eccentricities, in which the neutron stars received a kick velocity of order 100 km/s at birth. Also many of the double neutron stars (5 out of 7) have a low orbital eccentricity (0.09 to 0.27), which indicates that their second-born neutron stars received hardly any velocity kick at birth. These second-born neutron stars tend to have low masses (1.25 to 1.35 Msun). It is proposed that the low-mass, low-kick neutron stars are formed by the electron capture of degenerate O-Ne-Mg cores of stars with initial masses below about 12-14 Msun, while the high-kick neutron stars originated from the photo-disintegration collapse of the iron cores of stars which started out with masses larger than this limit. The latter group may be further subdivided into two classes of different mass.

研究の動機と目的

• Be X線連星系における二重分布を示す軌道離心率と、低離心率の二重中性子星系の理由を説明すること。
• 中性子星の初期衝撃速度の起源と、中性子星質量および前身星質量との相関関係を調査すること。
• 観測された二重星系の性質を説明できるように、中性子星の形成経路が異なることの可能性を検証すること。
• X線連星系とその子孫、特に二重電波パルサーとの関連を探索すること。
• 中性子星が前身星質量に応じて異なる核崩壊メカニズムによって形成されるという仮説を検証すること。

提案手法

• Be X線連星系および二重中性子星系における軌道離心率と中性子星質量の観測データを分析する。
• 観測された低離心率系（e < 0.25）と高離心率系を比較し、初期衝撃速度を推定する。
• 理論的核崩壊モデルを適用する：低質量前身星（M < 12–14 M⊙）には電子捕獲崩壊、高質量前身星（M > 12–14 M⊙）には光分解崩壊を適用する。
• 二重中性子星系における第二中性子星の質量推定値（1.25–1.35 M⊙）を用い、電子捕獲崩壊のシナリオを支持する。
• 衝撃速度と質量に基づき、中性子星を3つのグループに分類する：低衝撃速度／低質量、高衝撃速度／中間質量、高衝撃速度／高質量。
• 軌道離心率、中性子星質量、衝撃速度の経験的相関関係を用い、形成メカニズムを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一部のBe X線連星系では低軌道離心率を示すのに対し、他の系では高離心率を示すのか？
• RQ2 初期衝撃速度の大きさは、何によって決定されるのか？
• RQ3 二重中性子星系の観測された質量と軌道的性質は、同一の形成メカニズムで説明可能か？
• RQ4 前身星質量と核構造に応じて、中性子星の複数の形成経路の証拠はあるか？
• RQ5 X線連星系はどのように二重電波パルサーに進化するのか？これは中性子星の初期性質に何を示唆するか？

主な発見

• Be X線連星系には2つのクラスが特定された：低離心率系（e < 0.25）は中性子星の初期衝撃速度が最小であり、高離心率系は約100 km/sの衝撃速度を持つ。
• 二重中性子星系の7つ中5つが低軌道離心率（0.09–0.27）を示しており、第二中性子星の初期衝撃速度が最小であると示唆される。
• 二重中性子星系における第二中性子星の質量は低く（1.25–1.35 M⊙）、酸化物-ネオン-マグネシウム核の電子捕獲崩壊と整合的である。
• 高衝撃速度の中性子星は、質量の大きな前身星（M > 12–14 M⊙）における鉄核の光分解崩壊によって形成される。
• 高衝撃速度の中性子星集団は、さらなる質量クラスに二分される可能性がある。
• 質量と衝撃速度に基づく3つの明確な中性子星クラスの存在は、観測された二重星系の性質によって裏付けられている。