[論文レビュー] Near-Earth supernova activity during the past 35 Myr

Mads Sølvsten Sørensen, Henrik Svensmark+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2017

Astro and Planetary Science参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、395個の散開星団（OC）の軌道的進化と星の進化をモデル化することで、過去3500万年間にわたり地球に近い超新星（SN）活動を再構築した。1700万～1200万年前に太陽から200 pc以内で1つ以上のSNを発生させた可能性があるのは、ASCC 19、NGC 1981、NGC 1976の3つである。SN発生率は1000万年前ごろに現在の水準より40%高いピークを示し、60Fe同位体信号（280万～220万年前）は二重星の進化がよりよく説明できることを示唆している。

ABSTRACT

Here we combine observations of open clusters (OCs) with single- and binary population synthesis models and a Galactic potential to reconstruct the SN activity of these OCs during the past 35 Myr. We find that several OCs potentially hosting SN progenitors have passed within 100 pc of the Sun during the past 35 Myr. In particular we find that ASCC 19, NGC 1981, and NGC 1976 are likely to have hosted one or more SNe while passing within 200 pc of the solar system in the period 17 - 12 Myr BP which might have affected Earths' geology and climate. Besides the stellar history of the individual OCs we also compute 1) a spatial and temporal 2D-probability density map showing the most likely position and time of SN from our sample of OCs within 1 kpc during the past 35 Myr, 2) the time series of the SN rate per volume and 3) the relative SN rate compared with today and corrected for OC evaporation of older generations. The SN rate today from core collapse is estimated to be 37.8$\pm$6.1$ m kpc^{-3} Myr^{-1}$. During the past 35 Myr we find a peak SN rate around 10 Myr before present (BP) where the rate was 40% higher relative to the past 1 Myr. Finally we discuss possible effects of binary stellar evolution in relation to the history of SN production in the solar neighbourhood and the detected $ m ^{60}Fe$ signal in terrestrial geological samples induced between $\sim$2.2 - 2.8Myr BP.

研究の動機と目的

• 太陽から1 kpc以内の領域で過去3500万年間に起こったコアコラプス超新星（SN）の空間的・時間的歴史を再構築すること。
• この期間中に太陽から100～200 pc以内を通過した可能性のある散開星団（OC）を特定し、SNの前身星がそれらに存在した可能性を評価すること。
• 二重星の進化が、約280万～220万年前に地球上の試料で検出された60Fe同位体信号を説明する上で果たす役割を評価すること。
• 過去3500万年間にわたり1 kpc以内でSN発生が起こった2次元確率密度マップ（PDF）を作成し、OCの蒸発と局所的クラスタリングを補正したSN発生率を定量化すること。
• 観測されたSN発生率が、特に14Cおよび10Beの異常を示す地質学的同位体記録と整合しているかを評価すること。

提案手法

• 395個の散開星団（OC）の観測データと単一星および二重星のパopulation合成モデルを組み合わせ、星の進化とSN前身星の形成を模擬する。
• 銀河ポテンシャルモデルを用いて、過去3500万年間にわたり各OCの太陽に対する3次元軌道運動を追跡する。
• 単一星進化の下でのSN前身星質量閾値（8–9 M⊙）と寿命（約4000万年）を標準化し、質量移動や合体といった二重星効果を組み込む。
• 過去3500万年間にわたり1 kpc以内でSN発生が起こった空間的・時間的2次元確率密度マップ（PDF）を生成し、クラスタリングや局所的増加を可視化する。
• OCの蒸発を補正した体積あたりのSN発生率（kpc⁻³Myr⁻¹）を計算し、歴史的発生率を現在の37.8 ± 6.1 kpc⁻³Myr⁻¹と比較する。
• 大気中核反応プロキシや距離制約を用いて、シミュレートされたSN発生率が14C、10Be、60Fe同位体の地質学的記録とどの程度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 過去3500万年間に太陽から200 pc以内を通過した散開星団はどれであり、その中でコアコラプス超新星の前身星が存在した可能性があるか？
• RQ2 過去3500万年間にわたり地球に近い場所でSNが発生した空間的・時間的分布はどのようなものか？また、一様性ではなくクラスタリングの兆候があるか？
• RQ3 二重星の進化を組み込むことで、約280万～220万年前に検出された60Fe同位体信号とSN前身星の年齢の整合性はどのように変化するか？
• RQ4 OCの蒸発と局所的クラスタリングを補正した太陽近傍の歴史的SN発生率はどの程度か？現在の発生率（37.8 ± 6.1 kpc⁻³Myr⁻¹）と比較するとどうなるか？
• RQ5 二重星進化を考慮した場合、観測された60Fe信号はスクー・センOB associationの年齢と整合するか？

主な発見

• ASCC 19、NGC 1981、NGC 1976は、1700万～1200万年前に太陽から200 pc以内で1つ以上のSNを発生させた可能性が最も高いと特定された。
• SN発生率は1000万年前に現在の水準（37.8 ± 6.1 kpc⁻³Myr⁻¹）より40%高いピークを示した。
• 2次元空間的・時間的確率密度マップは、構造的で一様でないSN発生分布を示し、誕生星団に起因するクラスタリングを示している。
• 質量移動やロッシュ・ローブの満たしといった二重星進化の効果が、60Fe信号とスクー・センOB associationの年齢を一致させるために不可欠であることが示された。
• 過去30万年間にわたり14Cおよび10Beの異常を説明するには約677 kpc⁻³Myr⁻¹のSN発生率が必要であるが、これは観測されたガンマ線背景放射やSN頻度と整合せず、代替要因（例：太陽活動）が異常を説明する可能性がある。
• 本研究は、二重星進化がコアコラプスSNの遅延時間を4000万年以上に延長することを示し、60Fe信号と近隣の星団の観測年齢とよりよく一致するようになることを強調している。