[论文解读] The Galactic Formation Rate of Eccentric Neutron Star-White Dwarf Binaries

V. Kalogera, Chunglee Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 4

一句话总结

本研究基于观测的双星脉冲星数据和先前双中子星并合率分析中的统计方法，实证估计了银河系内偏心中子星-白矮星（NS–WD）双星的形成率。实证形成率约为7 Myr⁻¹（由于未校正脉冲星束流效应而为下限），在较大不确定度范围内与理论双星群体合成模型一致，支持当前关于其通过包含共包层阶段和超新星诱发偏心率的非标准演化路径形成的理解。

ABSTRACT

In this paper we consider the population of eccentric binaries with a neutron star and a white dwarf that has been revealed in our galaxy in recent years through binary pulsar observations. We apply our statistical analysis method (Kim, Kalogera, & Lorimer 2003)and calculate the Galactic formation rate of these binaries empirically. We then compare our results with rate predictions based on binary population synthesis from various research groups and for various ranges of model input parameters. For our reference moel, we find the Galactic formation rate of these eccentric systems to be ~7 per Myr, about an order of magnitude smaller than results from binary evolution estimations. However, the empirical estimates are calculated with no correction for pulsar beaming, and therefore they should be taken as lower limits. Despite uncertainties that exceed an order of magnitude, there is significant overlap of the various rate calculations. This consistency lends confidence that our current understanding of the formation of these eccentric NS-WD binaries is reasonable.

研究动机与目标

• 基于观测的双星脉冲星系统，实证估计银河系内偏心中子星-白矮星（NS–WD）双星的形成率。
• 将实证率估计值与双星群体合成模型的理论预测进行比较。
• 评估在考虑脉冲星束流效应和模型参数不确定性的情况下，实证数据与理论模型之间的一致性。
• 评估观测到的偏心NS–WD双星群体是否可用于约束或验证当前的双星演化情景，特别是涉及共包层演化和超新星诱发偏心率的情景。
• 通过将理论模型与基于观测的率估计值进行比较，量化当前理论模型的可靠性。

提出的方法

• 改编Kim、Kalogera与Lorimer（2003）提出的方法，推导出银河系内偏心NS–WD双星形成率的概率密度函数（PDF）。
• 利用已知系统的观测特性（如PSR J1141–6545、PSR B2303+46）定义样本，包括自转周期、自转降速率、轨道周期、偏心率及伴星质量。
• 通过估计银河系中此类系统的总数，结合观测到的脉冲星样本和脉冲星光度函数，计算银河系形成率。
• 采用类似贝叶斯的统计框架，计算形成率的置信区间（68%和95%），将可探测系统数量视为随机变量。
• 将结果与多种双星群体合成代码（包括StarTrack）的理论预测，以及Nelemans等（2001）、Tauris与Sennels（2000）等人的已发表模型进行比较。
• 通过指出未应用脉冲星束流校正（该校正会减少可探测脉冲星数量）来说明实证估计值为下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于观测的双星脉冲星系统，偏心NS–WD双星的实证银河系形成率是多少？
• RQ2 实证率估计值与双星群体合成模型的理论预测相比如何？
• RQ3 脉冲星束流效应和模型参数的不确定性在多大程度上影响实证与理论率之间的一致性？
• RQ4 观测到的偏心NS–WD双星群体是否可用于约束或验证当前的双星演化模型？
• RQ5 改变假设（如初始质量函数、超新星率、中子星反冲速度）对这些系统理论形成率预测有何影响？

主要发现

• 实证估计的银河系内偏心NS–WD双星形成率为~7 Myr⁻¹，68%置信区间为~+5.6/-3.5 Myr⁻¹，95%置信区间为~+13.7/-5.4 Myr⁻¹。
• 该实证估计值为下限，因其未校正脉冲星束流效应，而该效应可能使可探测脉冲星数量减少2至3倍。
• 尽管存在较大不确定性，实证率估计值与多种双星群体合成模型的理论预测显著重叠，包括StarTrack及其他模型。
• 群体合成模型的理论形成率估计值因模型假设不同而异，范围约为~0.5至~32 Myr⁻¹，其中StarTrack模型的预测范围为~30–100 Myr⁻¹。
• 实证与理论估计值之间的一致性，尤其是在95%置信区间内，支持当前关于偏心NS–WD双星通过包含共包层阶段的非标准演化路径形成的理解。
• 本研究强调了理论模型中进行更详细参数研究的必要性，因为其预测率范围广泛；并表明实证率最终可能有助于约束理论模型。