1. 近接連星系が Astrometric binary になる、 か？ 紹介論文 “Masses of neutron stars in high-mass X-ray binaries with optical astrometry” Tomsick & Muterspaugh, 2010, ApJ, 719, 958-965 植村誠 ＠雑誌会 101229

2. 紹介論文の概要 中性子星 (NS) の質量を正確に推定するのは中性子 の内部構造を探るのに大事だけど、一番邪魔して るのが連星軌道傾斜角の不定性。 将来の可視スペース干渉計で μarcsec 精度の位置天 文 (astrometry) ができれば、大質量中性子星連星系 (NSXB) の軌道運動が分解できる、かも。 試しにスペース干渉計計画「 SIM Lite 」の目標仕様 でシミュレーションしてみると、いくつかの NSXB では数％の精度で NS 質量が決定する、という結果 に。

3. （教科書的な）用語説明 中性子星を含む大質量 X 線連星 – OB 型星と中性子星からなる連星系 Wind accretion – 連星系としての年齢も若く、軌道の離心率が高い ことが多い – コンパクト天体が中性子星であることは、パルス や X 線バーストが X 線で検出されることからわかる。 中性子星の内部構造 – よくわかっていない。クォーク星である、との説 もあり。 – 状態方程式⇔質量ー半径関係、が内部構造によっ て異なる。既にいろいろな説が提案。 – 質量は連星運動からケプラーの法則を使って質量 関数 (mass function) を求めることが多い。 – 半径は中性子星表面の熱放射の観測から、放射領 域のサイズを見積もって推定する。 位置天文 (astrometry) – 遠方クェーサーなどを基準に座標系を定義して、 星の位置を精測する。 – 位置の他に Parallax 、固有運動が得られる。 – Hipparcos が mili arcsec (mas) 精度の観測を行った。 現在までこれが最も良い精度の全天カタログ。 SIM Lite 計画 – http://sim.jpl.nasa.gov/index.cfm – 可視のスペース干渉計で μarcsec 精度を目指す。基 線長６ｍ、望遠鏡１つの口径 50cm 。位置精度＝数 μas 、限界等級 20 等。 15 度角くらいの領域内を観測。 全天サーベイはしない。 – Astro2010 Decadal Survey で推薦されず。 NASA は予 算打ち切り。 Tomsick et al. (2010)

4. なんで今日こんな話をするのか、の背 景 JASMINE 計画 – 日本のスペース位置天文計画（干渉計ではない） nano JASMINE ：口径 5cm 、位置精度 ~3mas を目指す。全天サーベイ。 z バンド。小型 衛星 (35kg) として来年打ち上げ。 小型 JASMINE ：口径 30cm 、位置精度 10μas を目指す。バルジ方向数平方度を観測予 定。 H バンド。 400kg くらいの予定。現在衛星開発の予算獲得のため、計画白書を 作成しようとしているところ。 JASMINE ：最終目標。口径 75cm 、位置精度 10μas 。 2020 年代の実現を目指す。 – 小型 JASMINE でできるコンパクト天体連星系のサイエンス で何か良いアイデアないですか、と問い合わせ。 ない、と即答するのもなんなので、ちょっと調べてみると、激変星や X 線連星の軌 道運動の見込み角とほぼコンパラの位置精度であることがわかった。 – 12/1 の JASMINE サイエンス WS で議論（野上さん＠京大） 先行研究が当然あるだろう、と調べたらあった、のが今回の紹介論文。 GAIA 計画 – ESA のスペース位置天文計画 – 可視光全天サーベイ – JASMINE と同等かそれ以上の位置決定精度 – GAIA に対する JASMINE のアドバンテージ ＝ 近赤外線でバルジの奥ま で。

5. ここから紹介論文の内容

6. サンプル

7. X Per で予想される位置の変化 固有運動 年周視差の項 連星運動まで含めた 全ての位置変化

8. サンプルの角度と等級

9. シミュレーション SIM Lite 計画の目標仕様 を使う。 既にシミュレーターが SIM Lite チームによって 開発済み。 位置精度の「誤差」を シミュレートするのが 目的。 → そこから連星パラ メータの信頼区間を計 算。最終的には中性子 星質量の信頼区間を計 算したい。

10. 実際に設定したパラメータ 今回は既知連星系が目的なので、軌道周期、長半径は「既知」として、 他の連星パラメータを model fitting で推定する。

11. Model fitting 天体までの距離、連星（ケプラー）運動、見込み角の 関係 天球面上の位置変化 離心率０の円軌道なら話はもっと簡単。

12. シミュレーション結果

13. 結論 数 μas の位置精度があれば、いくつかの NSXB では数％の精度で NS 質量が決定する。 NS 以外にも、 Cyg X-1, SS 433, 4U 1700-377 (2.4Mo の NS という報告あり）、 LS I+61 303, LS 5039 は SIM Lite の精度ならコンパクト天体の 質量が精度良く求まる可能性あり。 – ただし、 a*sin(i) は別途測っておく必要あり。

14. ここからオリジナルの補足

15. 軌道運動の分解 10μas の位置決定精度なら分解できる？ – Astrometric binary になれば研究史上の「事件」 – 既知天体では軌道傾斜角が不定性なしに決定 これまでは輝線幅や伴星の楕円変光のモデル計算から推定。 → 降着円盤からの輝線の起源、ジェットと円盤は本当に垂直か？など検証 近赤外線域なら伴星が卓越 – 伴星が OB 型の X 線連星なら可視ー近赤外線域で伴星が卓越 – 伴星が GKM 型の X 線連星や激変星だと、 8 割以上は伴星からの光 (e.g. Dhillon & Marsh 1995, MNRAS, 275, 89) – 可視光では降着円盤やホットスポット、白色矮星からの放射の寄与が比較的大きい。 JASMINE 向き？ 天体距離 連星間距離 (cm) 質量比 (M1/M2) 軌道 傾斜角 連星周 期 ( 日 ) 角度 (μas) 固有運動 (Hipparcos; mas/yr) 固有運動 （ μas/ 周 期） SS Cyg (CV) 170 pc1.5e111.50510.2753511184 GK Per (CV) 470 pc5.6e112.1~752.05425137 Cyg X-1 (XRB) 2.5 kpc2.9e120.36485.6205.686 GRS 1915+105 (XRB) ~10 kpc7.1e1217663145?? 典型的な CV,XRB での例

16. 問題点 9<H<11 で観測可能な天体数が少ない 以下、いずれも全天で、 – CV ：～ 10 天体 (Ritter & Kolb catalog) – 伴星が低質量星の XRB ：全滅 (Ritter & Kolb catalog) – 伴星が大質量星の XRB ：～ 20 天体 (Catalogue of Galactic high-mass X-ray binaries) 時間分解能＆精度は足りるか？ – 最短で、数時間の軌道周期を 10 分割するとして、数十分の時間ビンでの解析が可能 か？ – その場合の位置精度は？ 精度的にはギリギリか。もう 1 ケタ精度が上がれば良い テーマ？ – 中性子星＋大質量連星は楕円軌道なので、パラメータが増えて難しいだろう。 – 激変星やブラックホール X 線連星は円軌道なのでその辺りは楽か。 未知天体については？ 既知天体の観測可能数は少なくても、未知の CV,XRB 候補天体、特に質量輸 送開始前の天体が見つかる？ – 連星進化の観点から面白いかも。 – CV,XRB だけではなく、食連星を含めた連星一般のテーマ？ – 通常の proper motion + parallax のモデルで fitting の後、残差が大きいものを連星候補と 考えて周期解析 を行う？

17. まとめ JASMINE ではちょっと無理かなあ、という 印象が日に日に強く。。。 – 狭い観測領域と精度の両面で問題 – かといって未知天体は P,a の推定も含まれるの で、より厳しいか。 – GAIA 向きかなあ。 コンパクト天体に限らず、「連星」一般 なら可能性が膨らむかも。