[論文レビュー] Grids of stellar models with rotation II. WR populations and supernovae/GRB progenitors at Z = 0.014

C. Georgy, Sylvia Ekström+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、太陽金属量 (Z = 0.014) の回転する単一星星モデルの新しいグリッドを用いて、Wolf-Rayet (WR) 星の集団および核崩壊超新星 (SN) の前身星を調査する。回転が単一星チャネルを通じて形成されるWR星およびIbc型SNの割合を増加させることを明らかにした。回転モデルは、SN 2008axの観測結果と一致が良く、17 M⊙を超える質量のII-P型SN前身星の不在とも整合する。

ABSTRACT

We used a recent grid of stellar models computed with and without rotation to make predictions concerning the WR populations and the frequency of different types of core-collapse SNe. Current rotating models were checked to provide good fits to the following features: solar luminosity and radius at the solar age, main-sequence width, red-giant and red-supergiant (RSG) positions in the HRD, surface abundances, and rotational velocities. Rotating stellar models predict that about half of the observed WR stars and at least half of the type Ibc SNe may be produced through the single-star evolution channel. Rotation increases the duration of the WNL and WNC phases, while reducing those of the WNE and WC phases, as was already shown in previous works. Rotation increases the frequency of type Ic SNe. The upper mass limit for type II-P SNe is \sim 19.0 MSun for the non rotating models and \sim 16.8 MSun for the rotating ones. Both values agree with observations. Moreover, present rotating models provide a very good fit to the progenitor of SN 2008ax. We discuss future directions of research for further improving the agreement between the models and the observations. We conclude that the mass-loss rates in the WNL and RSG phases are probably underestimated at present. We show that up to an initial mass of 40 M\odot, a surface magnetic field inferior to about 200 G may be sufficient to produce some braking. Much lower values are needed at the red supergiant stage. We suggest that the presence/absence of any magnetic braking effect may play a key role in questions regarding rotation rates of young pulsars and the evolution leading to LGRBs.

研究の動機と目的

• 太陽金属量における回転の影響が、WR星集団および核崩壊超新星前身星分布に与える役割を評価すること。
• 単一星進化が観測されたWR星およびIbc型超新星に与える寄与を評価すること。
• 回転モデルがコラプサーおよび長短ガンマ線バースト (LGRB) 生成前身星を生成する条件を調査すること。
• モデルと観測の不一致を特定し、質量放出率の取り扱い方および磁気的ブレーキングの進化軌道への影響を評価すること。
• 内部結合の強さがLGRB形成の金属量依存性に与える影響を調査すること。

提案手法

• 回転あり・なしの単一星進化モデルのグリッドを用い、回転混合および質量放出を組み込んだ。
• 太陽の光度と半径、主系列幅、HR図における赤巨星および赤超巨星の位置、表面組成、回転速度といった主要な観測的制約条件に合わせてモデルをキャリブレーションした。
• WNLおよび赤超巨星 (RSG) 階殻に最新の質量放出率を適用し、Gr"afener & Hamann (2008) の最近の規定を含めた。
• WNL、WNE、WNC、WC 階殻を通じた進化経路を追跡し、各階殻の持続期間および集団内割合を決定した。
• 特にRSGおよびWR階殻において、表面磁気的ブレーキングが角運動量損失に与える影響を評価した。
• 内部結合（剛体回転対比非一様回転）の役割が、LGRB形成の金属量依存性に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転する単一星モデルは、太陽金属量における観測されたWR星集団およびIbc型SN発生率をどの程度再現できるか？
• RQ2 回転が、大質量星におけるWNL、WNE、WNC、WC階殻の相対的持続期間にどのように影響を与えるか？
• RQ3 回転モデルでは、どの初期質量範囲がII-P型SN前身星を生成するか？観測結果と比較するとどうなるか？
• RQ4 単一星シナリオにおいて、星がコラプサーまたはLGRB前身星となるために必要な条件は何か？
• RQ5 表面磁場および内部結合は、大質量星の進化および角運動量損失にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 回転モデルは、太陽金属量における観測されたWR星の約60％が単一星進化チャネルを通じて形成されることを予測している。
• モデルによると、少なくとも50％のIbc型超新星が単一星チャネルを通じて形成されたものと一致している。
• 回転モデルでは、II-P型SN前身星の上限質量は約16.8 M⊙であるのに対し、非回転モデルでは約19.0 M⊙であり、両者とも観測結果と良好に一致している。
• 回転モデルは、SN 2008axの前身星に対して非常に良好なフィットを示しており、これは低光度でコンactな星であり、大質量WR星に一致する。
• 現在のWNLの質量放出率は低く見積もられている可能性があり、これはWNL階殻の持続期間が過大評価され、WNE/WC階殻の持続期間が低く見積もられる原因となっている。
• WNL階殻では、約200 G以下の表面磁場が磁気的ブレーキングを誘発するのに十分であり、赤超巨星階殻ではさらに低い値が必要であると示唆されており、磁気的ブレーキングが角運動量進化において重要な役割を果たしていることが示唆される。