巨大な星の爆発がどのようにして重い中性子星または軽いブラックホールの形成につながるかを示す新しい研究は、融合する中性子星からの重力波を検出する上で最も難しい謎の1つを解決します。
重力波観測所とレーザー干渉計（LIGO）による中性子星合体からのそのような波の最初の検出は2017年でした。それは2つの中性子星の合併であり、それは天体物理学者の期待にほぼ一致していました。しかし、2019年の2番目の発見は、2つの中性子星の合併であり、その合計質量は驚くほど大きいことが判明しました。
カリフォルニア大学サンタクルーズ校の天文学と天体物理学の教授であるエンリコ・ラミレス・ルイスは、次のように述べています。
中性子星やブラックホールのようなコンパクトな天体物理学の天体は、安定していると通常は見えないため、研究が困難です。 「これは、私たちが観察できるものについて偏見があることを意味します」とラミレス・ルイスは説明しました。 「私たちの銀河では、そのうちの1つがパルサーであるときに二重中性子星が見つかりました。これらのパルサーの質量はほぼすべて同じで、重い中性子星は見られません。」
軽いバイナリと同様の速度での重い中性子星の合併のLIGOの検出は、重い中性子星のペアが比較的一般的であるべきであることを意味します。では、なぜパルサーの個体群に現れないのでしょうか？
太陽風の節約も参照してください 新しい研究では、科学者たちは、2つの中性子星または中性子星とブラックホールのいずれかで構成される「連星コンパクトオブジェクト」を形成できる連星系の超新星に焦点を合わせました。
ヘリウム星は、コンパニオンスターとの相互作用のために水素エンベロープが除去されたスターです。 「私たちは詳細な恒星モデルを使用して、ヘリウム星の進化を超新星爆発までさかのぼって追跡しました」と天文学者は言います。 「超新星が出現する時期に達するとすぐに、流体力学的研究を行います。その間、爆発するガスの進化を追跡することに関心があります。」
中性子星を持つ連星のヘリウム星は、最初は私たちの太陽の10倍の大きさですが、密度が非常に高いため、その直径は太陽の直径よりも小さくなっています。その進化の最終段階は、コアの最終的な質量に応じて、中性子星またはブラックホールを残すコア崩壊を伴う超新星です。
結果は、巨大な星が爆発すると、その外層のいくつかがバイナリからすぐに放出されることを示しました。ただし、一部の内層は捨てられず、最終的には新しく形成されたコンパクトオブジェクトにフォールバックします。
成長する物質の量は爆発のエネルギーに依存します-エネルギーが高いほど、節約できる質量は少なくなります」と研究者は言います。太陽質量が10の私たちの星の場合、爆発エネルギーが低いと、ブラックホールを形成します。エネルギーが大きい場合、それはより少ない質量を節約し、中性子星を形成します。
これらの結果は、重力波イベントGW190425によって発見されたような重い中性子星の連星の形成を説明するだけでなく、中性子星と軽いブラックホールの連星の形成を予測します。 GW200115として知られる今年の重力イベント2020に統合されました。
もう1つの重要な結論は、そのような星のヘリウムコアの質量は、中性子星との相互作用の性質とバイナリシステムの最終的な運命を決定するために重要であるということです。十分に質量のあるヘリウム星は、質量が中性子星に移動するのを避けることができます。しかし、質量の小さいヘリウム星では、物質移動プロセスによって中性子星が急速に回転するパルサーに変わる可能性があります。
「ヘリウムコアが小さいとき、それは膨張し、次に物質移動が中性子星を回転させてパルサーを作る」と科学者たちは説明した。 「しかし、大規模なヘリウムコアはより重力によって結合され、膨張しないため、物質移動はありません。そして、それらがパルサー内で回転しなければ、私たちはそれらを見ません。」
言い換えれば、私たちの銀河には、検出されていない二元重中性子星の集団がたくさんある可能性があります。
この研究は、Astrophysical JournalLettersに掲載されました。
2021-10-12 05:26:06
著者: Vitalii Babkin