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arXiv:1705.07688
Patruno & Kama (2017)
Neutron Star Planets: Atmospheric processes and habitability
(中性子星惑星:大気過程と生命存在可能性)

概要

これまでに 3000 個あまりの中性子星の存在が知られているが,準恒星質量の伴星を持つのはごく一部である.これらの例で最も有名なのは,ミリ秒パルサー B1257+12 のまわりの低質量の惑星である.最近では,多くの中性子星の周りにある多様な惑星系は,観測バイアスによって検出されていないことも示唆されている.

ここでは中性子星周りの惑星の環境と物理過程について研究を行った.特に,中性子星からの X 線放射と相対論的パルサー風が,惑星大気に与える影響についてを調べた.

惑星大気の生存時間と,惑星表面環境を異なるクラスの中性子星周りで議論した.また,中性子星のまわりのハビタブルゾーンを定義した.あまりよく制限されていないパルサー風の性質に依存するが,B1275+12 まわりのスーパーアースは,どちらも中性子星まわりのハビタブルゾーン内に位置する可能性がある.

研究背景

中性子星について

中性子星は超新星爆発で形成され,その周りには 0.1 - 0.2 太陽質量の円盤が形成される.円盤の金属量は銀河平均と同じ程度かそれより多く,そのためダストに富んだ円盤である.

若い孤立した中性子星周りでの中間赤外スペクトルの超過を説明するモデルとして,10 地球質量のダストに富んだ円盤の存在が提案されている (Wang et al. 2006).また,中間赤外線での対応天体がマグネター 1E 2259+286 の周りに発見されている (Kaplan & van Kerkwijk 2009).

中性子星は大きく分けて 4 つのカテゴリに分類される.これは放射の主要な機構の違いによる分類である.

1. 若い電波パルサー (young PSRs.2200 個程度が知られている).エネルギー源は自身の回転エネルギーである.

2. ミリ秒電波パルサー (MSPs,400 個程度).伴星からの質量降着がある中性子星である.

3. 熱的に放射する dim isolated neutron starss (DINSs).7 個が知られている.熱冷却と星間物質の降着がエネルギー源である.

4. 降着する中性子星 (accreting neutron stars, ANSs),数百個が知られている.伴星からのガスの降着がエネルギー源である.

上記の 4 つで,自転する電波トランジェント天体やマグネター,中心コンパクト天体などの希少な例外を除けば,ほとんどの中性子星をカバーする.

中性子星まわりの惑星

初めて発見された系外惑星は,B1257+12 のまわりの 3 つの低質量天体である (Wolszczan & Frail 1992).
この他には,PSR J1718-1438 というミリ秒パルサーのまわりに木星サイズの伴星が検出されている (Bailes et al. 2011).これは中性子星の伴星が質量を失った結果として形成されたものである.
また,ミリ秒パルサーと白色矮星の連星の周りを木星サイズの惑星が 40 年周期で公転している系 PSR B1620-26 も発見されている (Thorsett et al. 1993).これは球状星団 NGC 6121 (M4) の中にあり,形成はおそらく星団内での力学的相互作用に起因すると考えられている (Sigurdsson et al. 2003).

また,ミリ秒パルサー PSR J1937+21 での確率的なタイミング変動は,小惑星帯の存在と関係があるとの示唆もある (Shannon et al. 2013).似たような説は PSR J0738-4042 (Brook et al. 2014) でも提案されている.

中性子星の周りの惑星は,第一世代・第二世代・第三世代のどの形成過程でも形成され得る.
第一世代の惑星は,通常の方法で形成された惑星である.これは,星形成過程の副産物として形成されるものである.第一世代の惑星は,恒星の死とともに質量を失ったり,重力的に束縛されなくなったりする.
第二世代は,新しく形成された中性子星の周りに出来る,超新星の fallback 円盤中で形成されると思われる惑星である.
第三世代は,破壊された伴星から形成される円盤での惑星形成で作られた惑星である.

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