[論文レビュー] Progenitors of type Ia supernovae and the metallicity distribution of G-type dwarfs

N. Mennekens, D. Vanbeveren+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、銀河化学進化モデルと二重星集団合成モデルを組み合わせ、太陽系近傍のG型矮星の観測された金属量分布を再現できるかを検証する。単一の白色矮星（SD）および二重白色矮星（DD）系が、観測結果を再現可能であるかを検討した。両方のメカニズムが不可欠であり、すべての合体するC-O白色矮星がSNe Iaに寄与している必要がある。また、星形成歴や二重星進化の仮定にかかわらず、結果は安定していることが判明した。

ABSTRACT

We investigate the contribution to the formation of type Ia supernovae of the single (a white dwarf accreting from a non-degenerate companion) and double (two merging white dwarfs) degenerate scenario, as well as various aspects of the binary evolution process leading to such a progenitor system. We aim to get a better insight into uncertainties and parameter spaces by means of a combined modelization, resulting in a reduction of the number of possible model approaches. This exclusion of parts of the parameter space is, as will be shown, often independent of uncertainties in the modelization. We use the combination of a population synthesis code with detailed binary evolution and a galactic chemical evolution model to predict the metallicity distribution of G-type dwarfs in the solar neighborhood. Because of the very long lifetime of these stars, this distribution is a good indicator of the entire chemical history of a region. By comparing the observed distribution with those predicted by assuming different type Ia supernova progenitors and evolutionary parameters (e.g. concerning mass and angular momentum loss and common envelope evolution), it is possible to constrain the possible combinations of assumptions. We find that in order to reproduce the observed G-dwarf metallicity distribution, it is absolutely necessary to include both the single and double degenerate scenario. The best match is obtained when all merging C-O white dwarfs contribute to the latter. The correspondence is also critically dependent on the assumptions about galaxy and star formation, e.g. the use of the two-infall model vs. a constant star formation rate. However, this does not affect the previous conclusion, which is consistent with the results obtained by investigating type Ia supernova delay time distributions in starburst galaxies.

研究の動機と目的

• 太陽系近傍のG型矮星の観測された金属量分布を最もよく再現できるSNe Ia前身星シナリオ（単一または二重白色矮星）を特定すること。
• 質量および角運動量損失、共通エンvelope進化などの不確実な二重星進化パラメータが予測される金属量分布に与える影響を評価すること。
• 消灯遅れ時間関数（DTD）が、静的進化する銀河におけるSNe Iaの観測分布を支持するかを検証し、両方の前身星チャネルを含める必要があるかを評価すること。
• 星形成歴の仮定（例：二重降着モデル対定常SFR）が、前身星モデルと観測結果との整合性に与える影響を調査すること。
• 回転効果および対流コア質量の影響をテストすることで、二重星進化におけるこれらの要因が最終的な金属量分布に与える影響を制約すること。

提案手法

• 太陽系近傍の化学的増幅歴史をシミュレートするために、集団合成コードと詳細な二重星進化、銀河化学進化モデルを統合する。
• G型矮星の金属量分布を、星が形成された際の星間媒体の化学状態を保持しているため、主要な観測的制約条件として用いる。
• 複数の前身星シナリオをテストする：単一白色矮星（非白色矮星伴星からの降着）および二重白色矮星（C-O白色矮星の合体）。
• 質量損失、共通エンベロープ効率、対流コア質量などの主要パラメータを変化させ、予測される金属量分布への影響を評価する。
• モデル予測を観測されたG矮星の金属量分布および静的進化銀河からの遅れ時間関数と比較する。
• 二重降着モデルと定常星形成率（SFR）のシナリオを用いて、異なる銀河進化仮定下での結果の安定性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一白色矮星シナリオのみで、太陽系近傍のG型矮星の観測された金属量分布を再現できるか？
• RQ2 観測されたG矮星の金属量分布に一致させるために、二重白色矮星シナリオは必要不可欠であるか？ また、合体するC-O白色矮星の何パーセントがSNe Iaに寄与する必要があるか？
• RQ3 質量損失や角運動量損失などの二重星進化パラメータの不確実性が、モデル予測の金属量分布に与える感度はどの程度か？
• RQ4 両方の前身星チャネルを含めることで、静的進化銀河における観測された遅れ時間関数との一致が向上するか？
• RQ5 星形成歴の違い（例：二重降着対定常SFR）が、前身星モデルと観測制約との整合性に与える影響は何か？

主な発見

• 太陽系近傍のG型矮星の観測された金属量分布を再現するには、単一白色矮星と二重白色矮星の両方のシナリオが必要不可欠である。
• すべての合体するC-O白色矮星が二重白色矮星チャネルに寄与する場合に観測結果と最もよく一致し、高い爆発効率を示唆している。
• 二重降着モデルや定常SFRの両方の星形成歴仮定に対しても結果が安定しており、結論がこれらの仮定に依存しないことが示された。
• モデルは、多くの二重白色矮星前身星が安定的かつ準保存的ローチェル・ローブオーバーフローに続き、共通エンベロープ段階を経る過程を示している。
• 金属量分布が二重星および銀河進化プロセスに強く依存することから、集団合成モデルにおける不確実なパラメータをさらに制約する道筋が得られた。
• 回転効果を説明するには、わずかに大きな対流コア質量が必要であり、観測される銀河的観測量との整合性が向上する。