Log S

Близкие молодые одиночные
нейтронные звезды
(и черные дыры)
Сергей Попов
(ГАИШ МГУ)
План доклада
 НЗ: Введение
 Близкие НЗ
 Популяционный синтез
 Тесты кривых остывания
 Близкие ЧД
 Заключение
http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/kniga.html
Нейтронные звезды: введение
 Остатки эволюции массивных звезд
 Рождаются в результате вспышки
сверхновой
 R=10 км
 =1014 г/см3 (ядерная плотность)
 Проявляются как источники
различных типов
 Радиопульсары
 Рентгеновские двойные
 Аномальные рентген. пульсары
 Источники мягких повторяющихся
гамма-всплесков
 Центральные компактные
источники остатков сверхновых
 Радиотихие НЗ
Эволюция нейтронных звезд:
вращение + магнитное поле
Эжектор → Пропеллер → Аккретор → Георотатор
1 – замедление вращения
2 – пролет молекулярного облака
3 – затухание магнитного поля
Липунов (1987)
astro-ph/0101031
Эволюция нейтронных звезд:
охлаждение
Яковлев и др. (1999) УФН
Близкие радиотихие НЗ
 Открытие:




RX J1856.5-3754
Walter et al. (1996)
Собственное движение и
расстояние: Kaplan et al.
Отсутствие пульсаций
Тепловой спектр
Позже: «шесть братьев»
Великолепная семерка
Источник
Период, с
RX 1856
-
RX 0720
8.39
RBS 1223
10.31
RBS 1556
-
RX 0806
11.37
RX 0420
3.45
RBS 1774
9.44
Радиотихие
Близкие
Тепловое излучение
Длинные периоды
Популяция близких молодых НЗ
 Великолепная семерка
 Геминга и 3EG J1853+5918
 Четыре радиопульсара с тепловым излуч.
(B0833-45; B0656+14; B1055-52; B1929+10)
 Семь более старых радиопульсаров, для
которых тепловое излучение не было
зарегистрировано
Необходим
популяционный синтез
этой популяции
Популяционный синтез НЗ:
ингредиенты
 Темп рождения
 Начальное распределение
 Пространственная скорость (кик)
 Спектр масс
 Тепловая эволюция
 Межзвездное поглощение
 Свойства детектора
Краткое введение и обзор по
популяционному синтезу в
астрофизике: astro-ph/0411792
См. также сайт Астронет
Солнечная окрестность
 Солнечная окрестность






является нетипичной областью
Пояс Гулда
R=300-500 пк
Возраст: 30-50 милл. лет
20-30 СН за миллион лет
(Grenier 2000)
Местный пузырь (Local Bubble)
До 6 СН за несколько
миллионов лет
Пояс Гулда
 Poppel (1997)
 R=300 – 500 пк
 Возраст 30-50
миллионов лет
 Диск с центром в 100150 пк от Солнца
 Наклон по отношению
к плоскости Галактики
около 20 градусов
 2/3 массивных звезд в
600 пк от Солнца
относятся к Поясу
Distribution of open clusters
(Piskunov et al. astro-ph/0508575)
Surface density of open clusters
(Piskunov et al.)
Spatial distribution of close-by
open clusters in 3D
Grey contours show
projected density
distribution of young
(log T<7.9) clusters.
(Piskunov et al.)
Clusters and absorption
Triangles –
Gould Belt clusters.
(Piskunov et al.)
Spatial distribution
More than ½ are in
+/- 12 degrees from
the galactic plane.
19% outside +/- 30o
12% outside +/- 40o
(Popov et al. 2005
Ap&SS 299, 117)
Lyne et al. reported transient dim radio sources with possible periods
about seconds in the galactic plane discovered in the Parkes survey
(talk by A. Lyne in Amsterdam, august 2005; subm. to Nature).
Shall we expect also Lyne’s objects from the Belt????
YES!!! And they even have to be brighter (as they are closer).
The problem – low dispersion.
Спектр масс НЗ
 Спектр масс близких
молодых НЗ может
отличаться от
среднего по Галактике
 Данные спутника
Hipparcos по близким
массивным звездам
 Соответствие масс
прародителей и НЗ:
Timmes et al. (1996);
Woosley et al. (2002)
astro-ph/0305599
Остывание НЗ
 Прямые URCA




процессы
Модифицированные
URCA процессы
Нейтринное тормозное
излучение
Сверхтекучесть
Экзотическое вещество
(пионы, кварки,
гипероны и т.д.)
Каминкер и др. (2001)
Two tests
Age – Temperature
&
Log N – Log S
Standard test: temperature vs. age
Kaminker et al. (2001)
Log N – Log S
 Задача: оценить вклад





Пояса Гулда
Расчет без учета
Пояса (только диск) и
с учетом Пояса Гулда
Кривые охлаждения:
Каминкер и др. (2001)
Плоский спектр масс
Кик распределен по
Максвеллу
(одна мода)
Rпояс=500 пк
astro-ph/0304141
Log of the number of sources
brighter than the given flux
Log N – Log S
calculations
-3/2 sphere:
number ~ r3
flux
~ r-2
-1 disc:
number ~ r2
flux
~ r-2
Log of flux (or number counts)
Log N – Log S
как дополнительный тест
 Стандартный тест: Возраст – Температура



Чувствителен к возрастам <105 лет
Неопределенности в возрасте и температ.
Неоднородная выборка
 Log N – Log S



Чувствителен к возрастам >105 лет
Точные N (число) и S (поток)
Однородная выборка
 Нужно использовать оба теста вместе!!!
astro-ph/0411618
Список моделей (Blaschke et al. 2004)
Blaschke et al. использовали
16 наборов кривых
Они отличались по трем
основным критериям:
1. Наличие или отсутствие
пионного конденсата
2. Различные щели (гэпы)
для сверхтекучих
протонов и нейтронов
3. Различные Ts-Tin
Пионы
Model II. Нет пионов
Model III. Пионы
Model IV. Нет пионов
Model V. Пионы
Model VI. Нет пионов
Model VII. Пионы
Model VIII.Пионы
Model IX. Пионы
 Model I.








Модель I
 Пионы
 Щели (гэпы) из работы
Takatsuka & Tamagaki (2004)
 Ts-Tin из работы Blaschke,
Grigorian, Voskresenky (2004)
Может воспроизвести Log N – Log S
Модель II
 Без пионов
 Щели (гэпы) из работы
Yakovlev et al. (2004),
3P нейтронный гэп
2
подавлен 0.1
 Ts-Tin из Tsuruta (1979)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель III
 Пионы
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1
 Ts-Tin из Blaschke, Grigorian,
Voskresenky (2004)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель IV
 Без пионов
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1
 Ts-Tin из Blaschke, Grigorian,
Voskresenky (2004)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель V
 Пионы
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1
 Ts-Tin из Tsuruta (1979)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель VI
 Без пионов
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1
 Ts-Tin из Yakovlev et al. (2004)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель VII
 Пионы
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1,
1P протонный гэп
подавлен
0
0.5
 Ts-Tin из Blaschke, Grigorian,
Voskresenky (2004)
Не может воспроизвести Log N – Log S
Модель VIII
 Пионы
 Щели (гэпы) из Yakovlev et al.
(2004), 3P2 нейтронный гэп
подавлен 0.1,
1P протонный гэп
0
подавлен 0.2 и
1P нейтронный гэп подавлен
0
0.5.
 Ts-Tin из Blaschke, Grigorian,
Voskresenky (2004)
Может воспроизвести Log N – Log S
Модель IX
 Без пионов
 Щели (гэпы) из работы
Takatsuka & Tamagaki
(2004)
 Ts-Tin из Blaschke,
Grigorian, Voskresenky
(2004)
Может воспроизвести Log N – Log S
HOORAY!!!!
Log N – Log S can select models!!!!!
Only three (or even one!) passed the second test!
…….still………… is it possible just to update
the temperature-age test???
May be Log N – Log S is not necessary?
Let’s try!!!!
Brightness constraint
 Effects of the crust
(envelope)
 Fitting the crust it is
possible to fulfill the
T-t test …
 …but not the
second test:
Log N – Log S !!!
(H. Grigorian astro-ph/0507052)
Sensitivity of Log N – Log S
 Log N – Log S is very sensitive to gaps
 Log N – Log S is not sensitive to the crust if it is
applied to relatively old objects (>104-5 yrs)
 Log N – Log S is not very sensitive to presence or
absence of pions
Model I (YCA) Model II (NDB) Model III (YCB)
Model IV (NCB) Model V (YDB) Model VI (NEB)
Model VII(YCB’) Model VIII (YCB’’) Model IX (NCA)
We conclude that the two test complement each other
Резюме (НЗ)
 Великолепная семерка и другие близкие
молодые НЗ генетически связаны с Поясом
Гулда
 Log N – Log S для близких молодых НЗ
может служить тестом кривых охлаждения
 Два теста (Log N – Log S и ВозрастТемпература) идеальны вместе
Черные дыры
 Черные дыры
образуются из очень
массивных звезд
 Очень трудно увидеть
одиночную ЧД:



Микролинзирование
Аккреция
…….?
 Важно хотя бы
примерно оценить
местоположение на
небе
В Галактике должно существовать
несколько десятков миллионов ЧД
Близкие ЧД и убегающие звезды
Звезда Масса Скорость Возраст
км/с
милл.
звезд в 750 пк
лет
от Солнца
33
65
1
(Hoogerwerf et al. ξ Per
2001)
HD
25-35 31
6
 Четыре из них
64760
имеют массу
M > 30 Msolar
ς Pup
67
62
2
 56 убегающих
λ Cep
40-65
74
4.5
Прохоров, Попов (2002) ПАЖ
Взрыв сверхновой в двойной
ς Pup
 Расстояние: 404-519 пк
 Скорость ЧД: 33-58 км/с
 Область локализации:
12o x 12o
 NEGRET: 1
ξ Per
 Расстояние: 537-611 пк
 Скорость ЧД: 19-70 км/с
 Область локализации:
7o x 7o
 NEGRET: 1
Резюме (ЧД)
 Примерные координаты
молодых близких ЧД
можно оценить по данным
об убегающих звездах
 В двух случаях были
получены относительно
небольшие области
локализации
 Для HD 64760 и λ Cep мы
получили очень большие
области локализации
(40-50o)
 Несколько источников
EGRET в области
возможной локализации
Основные выводы
 Мы живем в области Галактики с некоторым




избытком молодых НЗ и ЧД
Молодые близкие НЗ проявляют себя как
радиопульсары, рентгеновские и гамма источники
Местная популяция НЗ говорит нам: что
радиопульсары не являются единственными
представителями молодых НЗ
Log N – Log S может служить хорошим
дополнительным тестом кривых остывания НЗ
Примерные координаты могут быть определены
для одиночных ЧД, рожденных в тесных двойных
системах, по данным об убегающих звездах