[論文レビュー] Gamma-ray line emission from OB associations and young open clusters: I. Evolutionary synthesis models

M. Cerviño, J. Knödlseder+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2000

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、更新された星の進化軌道、大気、核合成生成物を統合することで、若い星団における26Alおよび60Feからのガンマ線線放出を予測する時間依存の進化合成モデルを提示する。このモデルは、O7 V型星1個あたりの26Al生成量（Y₂₆）が非常に感受性の高い年齢指標であることを示し、4つの明確な放出段階を特定し、Wolf-Rayet星と超新星による放射性核種生成の区別が可能であることを明らかにする。

ABSTRACT

We have developed a new diagnostic tool for the study of gamma-ray emission lines from radioactive isotopes (such as 26Al and 60Fe in conjunction with other multi-wavelength observables of Galactic clusters, associations, and alike objects. Our evolutionary synthesis models are based on the code of Cervino & Mas-Hesse (1994), which has been updated to include recent stellar evolution tracks, new stellar atmospheres for OB and WR stars, and nucleosynthetic yields from massive stars during hydrostatic burning phases and explosive SN II and SN Ib events. The temporal evolution of 26Al and 60Fe production, the equivalent yield of 26Al per ionising O7 V star (yal), and other observables are predicted for a coeval population. We also employed our model to estimate the steady state nucleosynthesis of a population of solar metallicity. To allow for a fully quantitative analysis of existing and future multi-wavelength observations, we propose a Bayesian approach that allows the inclusion of IMF richness effects and observational uncertainties in the analysis. In particular, a Monte Carlo technique is adopted to estimate probability distributions for all observables of interest. We outline the procedure of exploiting these distributions by applying our model to a fictive massive star association. Applications to existing observations of the Cygnus and Vela regions will be discussed in companion papers.

研究の動機と目的

• 若い銀河縁の星団や連星におけるガンマ線線放出と星団性質を結びつける定量的で多波長のモデルの開発。
• 少数の高質量星集団からの統計的不確実性をモンテカルロ法およびベイズ的手法を用いて取り扱う。
• 前WR星、WR星、SN Ia、SN IIの各段階が26Alおよび60Feの生成に果たす相対的寄与度の特定。
• Cygnus や Vela のような領域における既存および将来の INTEGRAL ガンマ線観測の解釈に役立つ診断ツールの提供。
• 銀河の電離放射能に正規化した生成レートの算出および、現在の銀河空間における26Alおよび60Feの濃度推定。

提案手法

• 現代のジェネヴァ星の進化軌道と更新された質量放出の定式化を用いて、Cerviño & Mas-Hesse (1994) の進化合成コードを改変・更新。
• OB星およびWR星の新しい星の大気モデルを統合し、電離放射能を正確に予測。これにより、自由自由放射（free-free radio emission）と関連づける。
• 26Alおよび60Feの生成物としての、静的燃焼、SN II、SN Ibからの核合成生成物を統合。
• 時間依存の26Alおよび60Feの生成量、放射率、および電離光子1個あたりの等価生成量 Y₂₆^O7 V を計算。
• 少数の高質量星集団における統計的豊かさの効果をモデル化するためのモンテカルロシミュレーションの適用。
• 観測不確実性と事前知識を組み込んだ、観測量の確率密度関数を導出するためのベイズ枠組みの使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共evolutionの星団からの26Alおよび60Feガンマ線線放出は、時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ2 O7 V型星1個あたりの等価26Al生成量（Y₂₆^O7 V）は時間とともにどのように変化し、正確な年齢指標として機能できるか？
• RQ3 前WR星、WR星、SN Ib、SN IIが26Alおよび60Feの生成に果たす相対的寄与度は何か？
• RQ4 観測不確実性および少数の統計的特性が、若い星団からのガンマ線および電波データの解釈にどのように影響するか？
• RQ5 銀河全体における26Alおよび60Feの総生成レートは、電離放射能に正規化してどのようになるか？現在の銀河空間における濃度は？

主な発見

• 26Al 1.809 MeV線放出は4つの明確な段階を経て進化する：星風支配（≤3 Myr）、SN Ib支配（約3–7 Myr）、SN II支配（約7–37 Myr）、指数関数的崩壊（>37 Myr）。
• O7 V型星1個あたりの等価26Al生成量（Y₂₆^O7 V）は非常に感受性の高い年齢指標であり、26Al核合成へのWolf-Rayet星とSN IIの寄与を区別可能である。
• 60Fe / 26Alの放射率比も年齢依存の指標であり、26Al生成における爆発的核合成の役割を制限する。
• 定常状態の太陽金属量星団では、26Al生成は約9%が前WR星、約33%がWR星、約14%がSN Ib、約44%がSN IIに起因する。
• 60Feでは約39%がSN Ib、約61%がSN IIに起因し、26Alの総生成レートは1.5 M☉ Myr⁻¹、60Feは0.8 M☉ Myr⁻¹であり、それぞれ現在の銀河空間中での質量は1.5 M☉および1.7 M☉に相当する。
• 本モデルはモンテカルロサンプリングを用いたベイズ的手法により、観測量の信頼性の高い確率分布と多波長解析における検出可能性の推定が可能である。