[论文解读] Initial parameters of neutron stars

С. Б. Попов, R. Turolla|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2012

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用 4

一句话总结

该论文提出，超新星遗迹中的中央致密天体（CCOs）在诞生时具有较低的磁场（~10^10–10^11 G），由于强烈的回落物质导致磁场被埋藏，随后在10^4–10^5年的 timescale 上发生磁场重新浮现。这解释了为何在大质量X射线双星（HMXBs）中未观测到低磁场中子星，因为这类天体只有在磁场重新浮现后才会成为射电脉冲星，从而解决了中子星群体合成中长期存在的矛盾。

ABSTRACT

A subpopulation of neutron stars (NSs), known as central compact objects (CCOs) in supernova remnants, are suspected to be low-field objects basing on $P$-$\dot P$ measurements for three of them. The birth rate of low-field NSs is probably comparable with the birth rate of normal radio pulsars. However, among compact objects in High-Mass X-ray Binaries (HMXBs) we do not see robust candidates for low-field NSs. We propose that this contradiction can be solved if magnetic fields of CCOs was buried due to strong fall-back, and then the field emerges on the time scale $10^4$-$10^5$ yrs.

研究动机与目标

• 解决理论预期的低磁场中子星（CCOs）诞生率与它们在大质量X射线双星（HMXBs）中缺失之间的矛盾。
• 解释为何尽管理论上约1/3的中子星应以低磁场诞生，但在HMXBs中仅观测到少数低磁场中子星。
• 研究中央致密天体（CCOs）的演化命运，特别是其磁场是否长期保持低值或随时间重新浮现。
• 调和群体合成模型与观测到的中子星群体，包括孤立冷却中子星和HMXB系统。

提出的方法

• 提出核心塌缩超新星后强烈的回落物质会埋藏新生中子星的初始磁场，尤其影响CCOs。
• 通过热扩散或对流过程建模磁场重新浮现的时间尺度，估计其发生在10^4–10^5年。
• 应用自转周期-周期导数（P–Ṗ）图来识别具有低磁场的天体，并评估其作为脉冲星的可探测性。
• 使用吸积系统中的自转周期经验关系（例如Shakura等，2012）预测B ~ 10^10–10^11 G的中子星在典型吸积率下的预期自转周期。
• 将预测的自转周期与Be/X射线双星中的观测值进行比较，识别出SAX J0635+0533等系统可能为磁场尚未浮现的候选体。
• 考虑其他解释如自转轴与磁场轴的倾角或脉动幅度较低的可能性，但认为这些解释可能性较低，因缺乏观测支持。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何预期占所有中子星诞生约1/3的低磁场中子星未在大质量X射线双星（HMXBs）中被观测到？
• RQ2 何种演化机制可解释尽管理论预期其诞生率，HMXBs中仍似乎缺失低磁场中子星？
• RQ3 中央致密天体（CCOs）的磁场是否可能被长期埋藏，并在10^4–10^5年后重新浮现，从而仅在后期可作为射电脉冲星被探测到？
• RQ4 在Be/X射线双星中，若低磁场估计值（如SAX J0635+0533）的自转周期表明其磁场尚未浮现，这是否意味着其为年轻天体？
• RQ5 观测到的具有P ≈ 0.1–0.5 s且负的磁制动指数的脉冲星群体，是否可由曾为CCOs的天体磁场重新浮现来解释？

主要发现

• 基于三颗CCOs的P–Ṗ测量（B ~ 10^10–10^11 G），估计低磁场中子星（CCOs）的诞生率与普通射电脉冲星相当。
• 尽管如此，在HMXBs中仍未发现可靠的低磁场中子星候选体，造成显著的观测矛盾。
• 作者提出，CCOs中的磁场被回落物质所埋藏，并在10^4–10^5年的时间尺度上重新浮现，使其仅在此后可被探测。
• 该磁场重新浮现机制解释了为何此类天体在HMXB阶段未被观测到：它们在双星演化阶段尚不可作为脉冲星被探测。
• SAX J0635+0533被识别为可能的低磁场中子星候选体，其磁场尚未浮现，因为基于标准自转周期关系推断其磁场小于10^10 G。
• 该模型还可解释具有P ≈ 0.1–0.5 s且负磁制动指数的脉冲星的存在，这些脉冲星可能代表磁场刚刚重新浮现的CCOs。