[論文レビュー] Obscuration of Supersoft X-ray Sources by Circumbinary Material - A Way to Hide Type Ia Supernova Progenitors?

Mikkel Nielsen, C. Dominik+2 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jul 26, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 51被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、単一降着型Ia超新星前身星系における環連星物質が、降着中の白色矮星からのスーパーソフトX線放射を遮蔽することで、観測されたそのような源の不足を説明すると提案している。放射線輸送モデルを用いて、約1 AUの距離で$10^{-9}$–$10^{-8}\,M_\odot$ yr$^{-1}$の質量放出率がX線放射を完全に遮蔽できることを示しており、これはチャンドラ観測で検出不能な状態にし、前身星の顕著な割合が隠されている可能性を示している。

ABSTRACT

The progenitors of supernovae (SNe) type Ia are usually assumed to be either a single white dwarf (WD) accreting from a non-degenerate companion (the SD channel) or the result of two merging WDs (DD channel). However, no consensus currently exists as to which progenitor scenario is the correct one, or whether the observed SN Ia rate is produced by a combination of both channels. Unlike a DD progenitor a SD progenitor is expected to emit supersoft X-rays for a prolonged period of time (~1 Myr) as a result of the burning of accreted matter on the surface of the WD. An argument against the SD channel as a significant producer of SNe type Ia has been the lack of observed supersoft X-ray sources (SSS) and the lower-than-expected integrated soft X-ray flux from elliptical galaxies. We wish to determine if it is possible to obscure the supersoft X-ray emission from a nuclear burning white dwarf in an accreting single degenerate binary system. In case of obscured systems we wish to determine their general observational characteristics. We examine the emergent X-ray emission from a canonical SSS system surrounded by a spherically symmetric configuration of material, assuming a black body spectrum with T_BB=50 eV and L=10^38 erg/s. The circumbinary material is assumed to be of solar chemical abundances, and we leave the mechanism behind the mass loss into the circumbinary region unspecified. If steadily accreting, nuclear burning WDs are canonical SSS our analysis suggests that they can be obscured by relatively modest circumbinary mass loss rates. This may explain the discrepancy of SSS compared to the SN Ia rate inferred from observations if the SD progenitor scenario contributes significantly to the SN Ia rate. Recycled emissions from obscured systems may be visible in other wavebands than X-rays. It may also explain the lack of observed SSS in symbiotic binary systems.

研究の動機と目的

• 単一降着型Ia超新星前身星系における環連星物質が、降着中の白色矮星からのスーパーソフトX線放射を遮蔽できるかどうかを調査すること。
• 顕著なX線遮蔽を引き起こすために必要な質量放出率と連星分離距離を特定すること。
• 特に楕円銀河において観測された低頻度と予想される高頻度との乖離を説明すること。
• H$\alpha$、赤外線、または電波帯域における遮蔽された系の代替観測的特徴を探索すること。
• 共生系においてスーパーソフト源が観測されない理由が、本質的な遮蔽に起因する可能性を評価すること。

提案手法

• ブラックボディスペクトル（$T_{\text{bb}} = 50$ eV、$L = 10^{38}$ erg s$^{-1}$）を持つ標準的なスーパーソフトX線源をモデル化する。
• 太陽成分を有する球対称な環連星物質の分布を仮定し、質量放出メカニズムは未指定とする。
• 放射線輸送計算を用いて、周囲星間物質内でのイオン化構造とX線光学厚さを決定する。
• 連星分離距離（$a \sim 1$ AU から $100$ AU）および質量放出率（$\dot{M} = 10^{-9}$–$10^{-6}\,M_\odot$ yr$^{-1}$）を変化させた場合の出射X線スペクトルを計算する。
• 明確に定義されたイオン化領域が形成される臨界質量放出率を特定し、遮蔽の可能性を示す。
• チャンドラ観測における検出可能性を評価し、遮蔽された系のH$\alpha$、赤外線、電波帯域における観測的特徴を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一降着型前身星系における定常的に燃焼する白色矮星からのスーパーソフトX線放射が、環連星物質によって遮蔽可能か？
• RQ2 このような系がX線で検出不能になるために必要な質量放出率と連星分離距離は何か？
• RQ3 Ia超新星の予想される高い発生頻度にもかかわらず、なぜ観測されたスーパーソフトX線源が極めて少ないのか？
• RQ4 遮蔽された系は、H$\alpha$ や電波帯域で検出可能だろうか？
• RQ5 共生系において観測されないスーパーソフト源の理由が、寄与星からの本質的質量損失に起因する可能性はどの程度か？

主な発見

• 約1 AUの連星分離距離で$10^{-9}$–$10^{-8}\,M_\odot$ yr$^{-1}$の質量放出率があれば、標準的なスーパーソフトX線源からのX線放射を顕著に遮蔽できる。
• 連星分離距離が$\sim 1$ AUの場合、わずかな質量放出率でもチャンドラ観測では検出不能な状態にできる。
• 明確に定義されたイオン化領域を形成するための臨界質量放出率は、完全なX線遮蔽に必要な値よりも数個のオーダー高い。
• 100 AU程度の距離でも、$\sim 10^{-7}\,M_\odot$ yr$^{-1}$の質量放出率があれば顕著な遮蔽が可能であるが、このような広い系では定常燃焼を維持するのは困難である可能性がある。
• 遮蔽された系は、再結合ネビュラとしてH$\alpha$、赤外線、電波帯域で観測可能であり、代替の検出経路を提供する。
• 質量放出率が$10^{-11}$–$10^{-10}\,M_\odot$ yr$^{-1}$程度の定常燃焼白色矮星は、X線で完全に検出不能となる可能性があり、隠れた前身星を示唆している。