[论文解读] Magnetars origin and progenitors with enhanced rotation
本文利用双星演化合成方法研究磁星的起源，假设其强磁场源于原中子星形成期间的快速旋转。研究发现，8–9%的中子星源自具有增强旋转的前身星——可能形成磁星——但大多数因双星相互作用而被破坏或合并，仅约1%或更少的磁星以双星系统形式存活，且主要与黑洞为伴。
Among a dozen known magnetar candidates there are no binary objects. As an estimate of a fraction of binary neutron stars is about 10% it is reasonable to address the question of solitarity of magnetars, to estimate theoretically the fraction of binary objects among them, and to mark o probable companions. We present population synthesis calculations of binary systems. Our goal is to estimate the number of neutron stars originated from progenitors with enhanced rotation, as such compact objects can be expected to have large magnetic fields, ie. they can be magnetars. The fraction of such neutron stars in our calculations is about 13-16%. Most of these objects are isolated due to coalescences of components prior to a neutron star formation, or due to a system disruption after a supernova explosion. The fraction of such neutron stars in survived binaries is about 1% or lower. Their most numerous companions are black holes.
研究动机与目标
- 确定源自具有增强旋转的前身星的中子星比例，假设此类旋转是产生磁星磁场的必要条件。
- 探究为何已知磁星大多孤立存在，尽管双中子星形成率高达3–10%。
- 评估双星演化（尤其是合并与质量转移）在形成磁星前身星中的作用。
- 估算磁星在双星系统中的存活比例，并识别其最可能的伴星类型。
- 评估双星合并（如氦星）对磁星形成的贡献，并与观测约束进行比较。
提出的方法
- 采用'情景机'双星群体合成代码，模拟大质量双星系统的演化。
- 假设磁星形成需要具有增强核心旋转的前身星，其磁场与原中子星中的发电机机制相关。
- 通过星风质量损失和角动量损失（采用$α_q$参数化）模拟自转加速与核心演化。
- 追踪双星演化过程，包括洛希瓣溢出、共包层阶段以及具有双模反冲速度的超新星爆发。
- 通过氦星合并及其他双星通道计算磁星形成率。
- 采用统计分析估算磁星在双星系统中的存活率及其伴星类型分布。
实验结果
研究问题
- RQ1在假设此类旋转是磁星磁场生成必要条件的前提下，有多少比例的中子星源自具有增强旋转的前身星？
- RQ2尽管有相当比例的中子星在双星系统中形成，为何所有已知磁星都处于孤立状态？
- RQ3双星合并或超新星爆发后的双星破坏在多大程度上解释了磁星的孤立性？
- RQ4存活于双星系统中的磁星最可能的伴星是什么？
- RQ5不同的质量损失率与角动量损失参数如何影响通过双星演化预测的磁星形成率？
主要发现
- 约8–9%的中子星源自具有增强旋转的前身星，这是磁星比例的上限。
- 这些磁星前身星中的大多数因在中子星形成前或后发生合并而成为孤立天体。
- 仅有约1%或更少的磁星以双星形式存活，且其中最常见的伴星为黑洞。
- 两颗氦星合并产生磁星的速率为所有中子星的0.1%以下，即约每100,000年一次。
- 通过两颗氦星合并形成黑洞的速率极低，模型中上限为每年5×10⁻⁶。
- 在不同质量损失率与$α_q$值下，结果均保持稳健，表明对这些参数的依赖性微弱。
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