[論文レビュー] On double-degenerate type Ia supernova progenitors as supersoft X-ray sources - A population synthesis analysis using SeBa

Mikkel Nielsen, G. Nelemans+2 more|Oct 8, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 34被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、SeBa二重星系合成コードを用いて、二重退化星（DD）型Ia超新星の前身星が質量移行中にスーパー・ソフトX線を放出できるかどうかを調査した。楽観的な仮定のもとでも、降着される質量の大部分はヘリウムであり、結果として得られるスーパー・ソフトX線段階は非常に短く、数千年にとどまる。その結果、銀河系に類似した銀河では、このような源の集団は無視できるほど小さい。

ABSTRACT

Context: The nature of the progenitors of type Ia supernova (SN) progenitors remains unclear. While it is usually agreed that single-degenerate progenitor systems would be luminous supersoft X-ray sources (SSSs), it was recently suggested that double-degenerate progenitors might also go through a SSS phase. Aims: We aim to examine the possibility of double-degenerate progenitor systems being SSSs, and place stringent upper limits on the maximally possible durations of any SSS phases and expected number of these systems in a galactic population. Method: We employ the binary population synthesis code SeBa to examine the mass-transfer characteristics of a possible SSS phase of double-degenerate type Ia SN progenitor systems for 1) the standard SeBa assumptions, and 2) an optimistic best-case scenario. The latter case establishes firm upper limits on the possible population of supersoft source double-degenerate type Ia SN progenitor systems. Results: Our results indicate that unlike what is expected for single-degenerate progenitor systems, the vast majority of the material accreted by either pure wind mass transfer or a combination of wind and RLOF mass transfer is helium rather than hydrogen. Even with extremely optimistic assumptions concerning the mass-transfer and retention efficiencies, the average mass accreted by systems that eventually become double-degenerate type Ia SNe is small. Consequently, the lengths of time that these systems may be SSSs are short, even under optimal conditions, and the expected number of such systems in a galactic population is negligible. Conclusions: The population of double-degenerate type Ia SN progenitors that are SSSs is at least an order of magnitude smaller than the population of single-degenerate progenitors expected to be SSSs, and the supersoft X-ray behaviour of double-degenerate systems typically ceases long before the SN explosions.

研究の動機と目的

• 二重退化星型Ia超新星の前身星系が進化の過程でスーパー・ソフトX線源となる可能性を評価すること。
• 標準的および楽観的仮定のもとで、DD系におけるスーパー・ソフトX線段階の最大持続時間を特定すること。
• 銀河系に類似した銀河集団におけるこのようなスーパー・ソフトX線源の予想数を推定すること。
• DD前身星からの予測されるスーパー・ソフトX線源集団と、単一退化星系からのそれとを比較すること。
• 近傍銀河におけるスーパー・ソフトX線源の観測的不足が、二重退化星型前身星シナリオを否定するかどうかを評価すること。

提案手法

• 銀河系集団に代表される初期質量分布を持つ50万個の二重星系をシミュレートするために、SeBa二重星系合成コードを用いた。
• 2ケースの分析を実施：(1) 通常のSeBaの質量移行および保持に関する仮定、(2) 25%の風質量移行効率と100%の保持効率を仮定した楽観的シナリオ。
• 水素またはヘリウムの降着に必要なレートでの定常燃焼を仮定し、降着された質量とスーパー・ソフトX線段階の持続時間の計算を行った。
• 純粋な風降着および風とロッシュ・ローブ・オーバーフロー（RLOF）の両方のモードで質量移行が起こる系に焦点を当てた。
• 各降着モードにおけるスーパー・ソフトX線段階の持続時間は、定常燃焼の全光度基準を用いて定義した。
• 段階の持続時間と降着率を、銀河集団における観測可能なスーパー・ソフトX線源の数に変換した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重退化星型Ia超新星の前身星系は、進化の過程でスーパー・ソフトX線を放出できるか？
• RQ2 楽観的仮定のもとで、DD前身星系におけるスーパー・ソフトX線段階の最大持続時間はどのくらいか？
• RQ3 銀河系に類似した銀河において、いつでも観測可能なこのようなスーパー・ソフトX線源はいくつ存在すると予想されるか？
• RQ4 近傍銀河におけるスーパー・ソフトX線源の観測的不足が、二重退化星型前身星シナリオを否定するものか？
• RQ5 降着された質量の組成（水素対ヘリウム）は、DD系におけるスーパー・ソフトX線放出の可能性と持続時間にどのように影響するか？

主な発見

• 標準的なSeBaの仮定のもとでは、DD前身星系では風による質量降着が一切発生せず、スーパー・ソフトX線放射は発生しない。
• 楽観的仮定のもとでも、純粋な風降着による平均降着質量は無視できるほど小さく、スーパー・ソフトX線段階は数千年にとどまる。
• 風降着およびRLOF降着の両モードにおいて、降着される物質の大部分はヘリウムであり、水素ではない。このため、放射能と段階の持続時間は制限を受ける。
• RLOF降着系では、スーパー・ソフトX線段階は最大で10^4〜10^5年間持続するが、依然として単一退化星系の典型的な段階よりも著しく短い。
• 銀河系に類似した銀河におけるプロト-DD前身星からの観測可能なスーパー・ソフトX線源の予想数は10未満であり、無視できるほどの集団である。
• DD前身星からのスーパー・ソフトX線源集団は、単一退化星系からのものと比べて少なくとも1桁以上小さい。また、X線段階は通常、超新星爆発のずっと前にはすでに終了している。