[论文解读] 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 8

一句话总结

托马斯·M·陶里斯的 habilitation 论文对近距双星系统中的毫秒脉冲星（MSPs）进行了全面研究，重点探讨了通过吸积诱导自转加速的形成机制、双星与三星系统中的演化路径，以及超致密超新星和白矮星吸积诱导塌缩的作用。主要成果包括对MSP自转加速效率的精细化模型、对大质量中子星形成的约束，以及对三星MSP系统起源的洞见，显著推进了对密集体系中中子星演化的理解。

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.

研究动机与目标

• 理解近距双星系统中毫秒脉冲星（MSPs）的形成与演化机制。
• 研究超致密超新星在形成含中子星的紧凑双星系统中的作用。
• 通过双星系统中的吸积建模中子星自转加速过程，并确定效率极限。
• 通过动力学与演化路径探索三星毫秒脉冲星系统的起源。
• 研究中子星可能通过并合事件或白矮星吸积诱导塌缩而被摧毁的条件。

提出的方法

• 分析包含质量转移、角动量损失及超新星原生反冲效应的详细双星演化模型。
• 应用恒星演化代码模拟紧致双星中中子星的形成，包括超致密超新星。
• 采用群体合成技术预测不同双星构型下MSP的形成率与特性。
• 结合射电与高能天文学的观测约束以验证理论模型。
• 对双星系统中白矮星吸积诱导塌缩（AIC）进行数值建模，作为大质量中子星形成的潜在途径。
• 将2011至2014年间20余篇关键论文的研究成果整合进统一的MSP演化理论框架。

实验结果

研究问题

• RQ1 近距双星系统中毫秒脉冲星的主要形成渠道是什么？
• RQ2 在紧致双星中，中子星的吸积驱动自转加速效率如何？最终自转频率受何限制？
• RQ3 超致密超新星在形成紧致双星中的中子星过程中扮演何种角色？
• RQ4 三星毫秒脉冲星系统如何通过双星系统中的动力学或演化过程形成？
• RQ5 在何种条件下，白矮星的吸积诱导塌缩可导致大质量中子星的形成？

主要发现

• 超致密超新星是形成含中子星的紧凑双星系统的可行渠道，其前身星在爆发前已损失大部分包层。
• 吸积驱动的中子星自转加速可在近距双星中产生自转周期低于10毫秒的毫秒脉冲星，与观测源一致。
• 理论模型预测，MSP的最大自转频率受质量抛射与磁制动限制，观测到的自转周期集中于10毫秒以下。
• 三星MSP系统可能通过第三颗恒星在双星系统中的动力学捕获或弹射，随后经历稳定轨道演化而形成。
• 白矮星的吸积诱导塌缩可产生大质量中子星，为解释双星系统中高质质量中子星的存在提供了途径。
• 基于观测到的MSP群体的约束表明，吸积过程中角动量提取效率在决定最终自转速率中起关键作用。