[論文レビュー] Observable Signatures of the Accretion-Induced Collapse of White Dwarfs

Brian D. Metzger, Anthony L. Piro+2 more|ArXiv.org|Aug 7, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、特に急速に回転する白色矮星の降着誘発的収縮（AIC）が、光学フラッシュ、低光度超新星、重力波、高エネルギー放射といった多様な観測可能な遷移的天体を生成しうることを提案している。回転は質量的なディスク形成を引き起こし、1日間程度の光学遷移（M_V ~ -15）や、磁星の回転減速に起因する100秒程度のX線フラッシュといった検出可能な特徴を可能にし、孤立した収縮に比べてAICの検出可能性が著しく向上する。

ABSTRACT

Despite its probable occurrence in Nature, the accretion-induced collapse (AIC) of a white dwarf has not yet been directly observed (or, at least, it has not been unambiguously identified as such). In this contribution we summarize the observational signatures of AIC, emphasizing its possible role as both an optical and high-energy transient.

研究の動機と目的

• 理論的予測はされているが、未だ観測されていない白色矮星の降着誘発的収縮（AIC）の観測的特徴を特定すること。
• 前身となる白色矮星の急速な回転がAICの観測的結果にどのように影響するかを調査すること。
• 短時間継続のガンマ線バーストやX線尾を含む、高エネルギー遷移源としてのAICの可能性を検討すること。
• 今後の光学的・高エネルギー的・重力波的観測によるAICの検出可能性を評価すること。

提案手法

• 2次元軸対称流体力学的シミュレーションを用いて、回転する白色矮星のAICにおけるディスク形成をモデル化する。
• 冷却および加熱プロセスを含むMHD風モデルを用いて、中性子星風のニュートリノ加熱を計算する。
• 時間に依存するエネルギーおよび質量放出率（ĖおよびṀ）を用いて、磁星風内の内部衝撃で生じる放射の縁を推定する。
• SwiftのGRB060614におけるX線尾など、観測された遷移的天体とシミュレートされた光曲線を比較する。
• 粘性時​​間定数（t_vis ~ 1 s）を用いて、ディスクの進化とジェット形成、ガンマ線バーストの継続時間の予測を行う。
• 放射のビーム化と立体角をモデル化することで、将来的な全天X線調査（例：EXIST）における検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 急速に回転する白色矮星の降着誘発的収縮から生じる観測的特徴は何か。また、孤立したAICとはどのように異なるか。
• RQ2 急速に回転する強磁場を有する原始中性子星が、回転減速放射に起因する検出可能なX線フラッシュを生成できるか。
• RQ3 AIC中に遠心力で支えられるアインシュタイン的ディスクが、遷移の光曲線およびスペクトル的進化にどのように影響するか。
• RQ4 AICは、一部の短時間継続のガンマ線バーストで観測された延長したX線放射を説明できるか。
• RQ5 特に、EXISTのような次世代ミッションを用いた場合に、AIC遷移が光学的・高エネルギー的・重力波帯で検出可能か。

主な発見

• 急速に回転する白色矮星のAICは、約0.1–0.5 M⊙の質量と約30–100 kmのサイズを持つ、巨大なケプラー的アインシュタイン的ディスクを形成し、検出可能性が著しく向上する。
• 「裸の」AIC遷移は、ピーク視等級M_V ~ -15の1日間程度の光学フラッシュと、広帯域でFe群を豊富に含むスペクトルを発生させる。
• 「包囲された」AICイベントは、SN 2005eおよびSN 2008haに類似した低光度タイプI超新星を生成し、約1週間の継続を示す。
• AICにおける磁星の回転減速は、ニュートリノ加熱風内の内部衝撃によって、約100秒のX線フラッシュを駆動でき、磁場強度B ~ 3×10^15 Gの条件下でSwiftのGRB060614観測と一致する放射度を示す。
• 磁星の回転減速に起因するX線フラッシュは、広い立体角にわたって検出可能であり、EXISTのような全天X線調査ミッションにとって有望な標的である。
• 回転を伴うAICは、アインシュタイン的ディスクからのジェット形成によって、約1秒の短時間継続のガンマ線バースト（t ~ 1 s）を生成する可能性があり、短時間ガンマ線バーストの起源と関連づけられる。