[论文解读] 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 10

一句话总结

该论文根据中子星的形成速度与原恒星质量，提出其形成可分为三类：低速度跃迁、低质量中子星来自质量低于12–14 M⊙的O-Ne-Mg核心的电子捕获塌缩；高速度跃迁中子星则来自大质量恒星中铁核心的光致碎裂塌缩，且进一步按质量细分。该分类可解释X射线双星系统和双中子星系统中观测到的轨道偏心率。

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.

研究动机与目标

• 解释Be X射线双星中轨道偏心率的双峰分布以及低偏心率双中子星系统的成因。
• 研究中子星形成速度的起源及其与中子星质量及原恒星质量的相关性。
• 确定中子星不同形成路径是否可解释观测到的双星系统特性。
• 探索X射线双星与其后继体（特别是双射电脉冲星）之间的联系。
• 检验中子星的形成机制因原恒星质量不同而异的假设。

提出的方法

• 分析Be X射线双星与双中子星系统中轨道偏心率与中子星质量的观测数据。
• 通过对比观测到的低偏心率系统（e < 0.25）与高偏心率系统，推断中子星的形成速度。
• 应用核心塌缩的理论模型：对低质量原恒星（M < 12–14 M⊙）采用电子捕获塌缩，对高质量原恒星（M > 12–14 M⊙）采用光致碎裂塌缩。
• 利用双中子星系统中第二颗形成中子星的质量估计值（1.25–1.35 M⊙）支持电子捕获塌缩模型。
• 根据速度与质量将中子星划分为三类：低速度/低质量、高速度/中等质量、高速度/高质量。
• 依赖轨道偏心率、中子星质量与速度之间的经验相关性，推断形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何部分Be X射线双星表现出低轨道偏心率，而另一些则表现出高偏心率？
• RQ2 是什么决定了中子星形成时的速度大小？
• RQ3 是否能用单一形成机制解释双中子星系统中观测到的质量与轨道特性？
• RQ4 是否存在基于原恒星质量与核心结构的中子星多条形成路径的证据？
• RQ5 X射线双星如何演化为双射电脉冲星？这对中子星形成特性有何启示？

主要发现

• 识别出两类Be X射线双星：低偏心率系统（e < 0.25），其形成速度极低；高偏心率系统，其形成速度约为100 km/s。
• 在七对双中子星系统中，五对具有低轨道偏心率（0.09–0.27），表明第二颗中子星的形成速度极低。
• 双中子星系统中第二颗中子星的质量较低（1.25–1.35 M⊙），与O-Ne-Mg核心的电子捕获塌缩一致。
• 高速度中子星起源于大质量原恒星（M > 12–14 M⊙）中铁核心的光致碎裂塌缩。
• 高速度中子星群体可进一步细分为两个质量类别。
• 观测到的双星系统特性支持存在三类截然不同的中子星——由质量与形成速度定义——的存在。