[論文レビュー] Explaining the most luminous supernovae with an inefficient jet-feedback mechanism

Avishai Gilkis, Noam Soker+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 21被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、コア崩壊超新星爆発（SLSNe）の極めて高い明るさが、新生中性子星への長時間にわたる降着によって生じると提案している。これは、回転軸に沿って発射されたジェットと、効率の悪いフィードバック機構に起因する。回転軸に沿って発射されたジェットは、赤道領域の物質をはがし取ることができず、その結果、物質が再降着し、数日から数週間にわたり明るい放射を生じ続ける。

ABSTRACT

We suggest that the energetic radiation from core-collapse super-luminous supernovae (SLSNe) is due to a long lasting accretion process onto the newly born neutron star (NS), resulting from an inefficient operation of the jet-feedback mechanism. The jets that are launched by the accreting NS or black hole (BH) maintain their axis due to a rapidly rotating pre-collapse core, and do not manage to eject core material from near the equatorial plane. The jets are able to eject material from the core along the polar directions, and reduce the gravity near the equatorial plane. The equatorial gas expands, and part of it falls back over a timescale of minutes to days to prolong the jets-launching episode. According to the model for SLSNe proposed in the present paper, the principal parameter that distinguishes between the different cases of CCSN explosions, such as between normal CCSNe and SLSNe, is the efficiency of the jet-feedback mechanism. This efficiency in turn depends on the pre-collapse core mass, envelope mass, core convection, and most of all on the angular momentum profile in the core. One prediction of the inefficient jet-feedback mechanism for SLSNe is the formation of a slow equatorial outflow in the explosion. Typical velocity and mass of this outflow are approximately 1000 km/s and greater than about 1 solar mass, respectively.

研究の動機と目的

• 標準モデルを超える、コア崩壊超新星爆発（SLSNe）の極めて高い明るさを説明すること。
• 通常のコア崩壊超新星とは異なり、SLSNeで長期間にわたってエネルギーが出力される物理的メカニズムを特定すること。
• 角運動量とコア構造がジェットフィードバック効率および爆発の結果に与える影響を調査すること。
• SLSNeにおける再降着駆動型降着過程の観測可能な特徴を予測すること。

提案手法

• 微分回転するコア内に形成された新生中性子星またはブラックホールからジェットを発射するプロセスをモデル化すること。
• 相対論的ジェットと予備崩壊コアの相互作用を、軸対称幾何学と運動量移動に焦点を当ててシミュレートすること。
• コア質量、エンvelope質量、対流、角運動量プロファイルに基づいてジェットフィードバック効率を評価すること。
• ジェットに起因する圧力および運動量の寄与によって重力が低下したことに起因する赤道領域物質の再降着 timescale を計算すること。
• 数分から数日間にわたり持続する再降着物質からの降着率および明るさを推定すること。
• 再降着物質から形成される遅い赤道方向の流れの性質を予測すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SLSNeにおいて、新生中性子星への長期間にわたる降着を可能にするメカニズムは何か、それが持続的明るさを生じるのか？
• RQ2 ジェットフィードバック効率が、通常のコア崩壊超新星とSLSNeの違いをどのように決定づけるのか？
• RQ3 予備崩壊コア内の角運動量プロファイルが、ジェットの閉じ込めと再降着に果たす役割は何か？
• RQ4 再降着プロセスによってSLSNeで予想される観測可能な特徴（例：流れ）は何か？
• RQ5 コア質量、エンvelope質量、対流がジェットフィードバック効率および爆発の結果に与える影響は何か？

主な発見

• 非効率的ジェットフィードバック機構が、新生中性子星への長期間にわたる降着によってSLSNeの明るさを説明する。
• ジェットは赤道領域の物質をはがし取ることができず、数分から数日間のスケールで再降着し、降着を維持する。
• ジェットフィードバック効率は、予備崩壊コアの角運動量プロファイル、コア質量、エンvelope質量に強く依存する。
• 典型的な速度が約1000 km/sで、質量が約1太陽質量を超える遅い赤道方向の流れが形成される。
• このモデルは、SLSNeが、再降着を促進する特定のコア構造と角運動量の組み合わせによって生じることを予測する。
• このメカニズムは、フィードバック効率の違いに基づいて、SLSNeと通常のコア崩壊超新星を自然に区別する。