[論文レビュー] A Neutron Star-driven XRF associated with SN 2006aj

P. A. Mazzali, Jinsong Deng+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、SN 2006aj がブラックホールではなく、急速に回転する高磁化中性子星（マグネタール）によって駆動されていたと提案している。このモデルは、弱くソフトなX線フラッシュ（XRF）と低エネルギーのタイプIc/d超新星を説明する。モデルは、より低い質量の前身星（約20 M☉）に起因する明るさの低さと酸素線の弱さを説明しており、通常のブラックホール形成による長期間GRB/超新星とは対照的である。

ABSTRACT

Observations and models of SN 2006aj, while bringing fresh evidence of the connection between long Gamma Ray Bursts (GRBs) and Supernovae (SNe), suggest that there is variety among these events. The previously well observed cases (GRB980425/SN 1998bw, GRB030329/SN 2003dh, GRB031203/SN 2003lw) could be explained as the prompt collapse to a black hole of the core of a massive star (M ~ 40 Msun) that had lost its outer hydrogen and helium envelopes. All these SNe exhibited strong oxygen lines, thus being classified as Type Ic, and their energies were much larger than those of typical SNe. The case of SN 2006aj/GRB060218 appears different: the GRB was weak and soft (an X-Ray Flash, XRF); the SN is dimmer and has very weak oxygen lines, suggesting a "Type Ic/d" classification. The explosion energy of SN 2006aj was smaller, as was the ejected mass. In our model, the progenitor star had a smaller mass than other GRB/SNe (M ~ 20 Msun), suggesting that a neutron star rather than a black hole was formed. If the nascent neutron star was strongly magnetized (a so-called magnetar) and rapidly spinning, it may launch a weak GRB or an XRF. At a later phase of its life, the neutron star may give rise to short GRBs.

研究の動機と目的

• 典型的な長期間GRB/超新星とは異なり、やや暗くソフトなX線フラッシュ（XRF）を示すSN 2006aj/GRB060218の異常な性質を説明すること。
• SN 2006ajが他のGRB関連超新星と比較して、酸素線が弱く、爆発エネルギーも低い理由を解明すること。
• この出来事の中心エンジンとして中性子星がブラックホールではなく機能しうるかを検証すること。
• マグネタールがX線フラッシュ（XRFs）を駆動する役割を果たし、低エネルギー超新星とどのように関連するかを調査すること。

提案手法

• 前身星を低質量・高密度の天体（約20 M☉）としてモデル化し、ブラックホールではなく中性子星を形成した過程を想定する。
• 急速に回転する高磁化中性子星（マグネタール）のエネルギー出力を、XRFおよび超新星放射の主因として組み込む。
• マグネタールの回転減衰光度に関する理論的制約を用い、SN 2006ajの観測されたX線および可視光光曲線に一致させる。
• モデルが予測する爆発エネルギー、噴出質量、およびスペクトル的特徴（特に弱い酸素線）を観測データと比較する。
• マグネタールモデルが、XRFとして分類されるこの出来事とタイプIc/d超新星としての分類と整合するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マグネタール中心エンジンは、SN 2006ajに関連するGRB060218で観測された弱くソフトなX線フラッシュ（XRF）を説明できるか？
• RQ2 SN 2006ajが他のGRB/超新星と比較して、著しく低い爆発エネルギーと弱い酸素線を示すのはなぜか？
• RQ3 この出来事においてブラックホールではなく中性子星を形成するには、どの程度の前身星質量と進化歴が必要か？
• RQ4 マグネタールモデルは、SN 2006ajの観測された光曲線およびスペクトル的特徴をどのように説明できるか？
• RQ5 マグネタール駆動XRFと、その後に発生する短時間GRB放射との間にどのような関連があるか？

主な発見

• SN 2006ajの前身星は、通常のGRB/超新星が関連する約40 M☉の星とは異なり、より低い質量（約20 M☉）であった。
• ブラックホールではなく中性子星が形成されたことは、SN 2006ajで観測された低爆発エネルギーと弱い酸素線と整合的である。
• 急速に回転する高磁化中性子星（マグネタール）は、回転減衰によるエネルギー放出によってXRFを駆動でき、弱くソフトなGRB放射を説明できる。
• このモデルは、SN 2006ajの明るさの低さとスペクトル的特徴（特にタイプIc/dとしての分類）をうまく説明している。
• マグネタールモデルは、このような中性子星が後に短時間GRBを発生させる可能性がある進化経路を示唆している。