[論文レビュー] Rapidly accreting white dwarfs as supernova type Ia progenitors

Kelly Lepo, M. H. van Kerkwijk|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 40被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、Sarcastic Magellanic Cloud (SMC) におけるUV輝度が高く青色の星を標的とし、複数対象分光法を用いて、急速に質量を吸収している白色矮星（RAWD）——Type Ia超新星の前身星とされる候補——を探索した。実際にRAWD候補を検出しなかったが、楽観的な仮定のもとでSMCにおけるRAWDの上限は10–14とされた。これは、RAWDが予測よりもまれであるか、あるいはUVで強く青くないため、現在の調査では検出が困難である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The nature of the progenitors of type Ia supernovae is still a mystery. While plausible candidates are known for both the single degenerate and double degenerate models, the observed numbers fall significantly short of what is required to reproduce the type Ia supernovae rate. Some of the most promising single-degenerate type Ia progenitors are recurrent novae and super-soft sources (SSS). White dwarfs with higher mass transfer rates can also be type Ia supernova progenitors. For these rapidly accreting white dwarfs (RAWD), more material than is needed for steady burning accretes on the white dwarf, and extends the white dwarf's photosphere. Unlike super-soft sources, such objects will likely not be detectable at soft X-ray energies, but will be bright at longer wavelengths, such as the far ultraviolet (UV). Possible examples include LMC N66 and the V Sagittae stars. We present a survey using multi-object spectrographs looking for RAWD in the central core of the SMC, from objects selected to be bright in the far UV and with blue far UV-V colors. While we find some unusual objects, and recover known planetary nebula and WR stars, we detect no candidate RAWD. The upper limits from this non-detection depending on our expectations of what a RAWD should look like, as well assumptions about the internal extinction of the SMC. Assuming they resemble LMC N66 or fainter versions of Wolf-Rayet stars we set an upper limit of 10-14 RAWD in the SMC. However, our survey is unlikely to detect objects like V Sge, and hence we cannot set meaningful upper limits if RAWD generally resemble these.

研究の動機と目的

• SMCにおける遠紫外（far-UV）輝度が高く、青色の星を標的にして、急速に質量を吸収している白色矮星（RAWD）を、Type Ia超新星の前身星として特定すること。
• RAWDは遠紫外で明るいが、ソフトX線では検出できないと予想されるが、UVフィルターや分光法によって同定可能かどうかを検証すること。
• 非検出の事実に基づき、調査感度と減光を考慮して、SMCにおけるRAWDの集団を上限で制約すること。
• スペクトルエネルギー分布や減光状態に関する異なる仮定のもとで、RAWDの検出可能性を評価すること。
• RAWDがLMC N66 や V Sge に類似しているかどうかを評価し、これにより現在の調査での観測可能性にどのような影響を与えるかを検討すること。

提案手法

• AAT/AAOmega および VLT/FLAMES を用いて、SMCの中心部に位置するUV輝度が高く青色の星を対象とした複数対象分光調査を実施した。
• 遠紫外（m162）およびVバンドの光度測定に基づいて標的を選定し、高温でUVで明るい源を示す青色のm162−V色を特徴とする対象に焦点を当てた。
• 調査感度、視野、ファイバー配置に基づき、検出確率（p_det）および候補選定確率（p_cand）を計算した。
• 三つの状況（薄いWolf-Rayet星に類似、LMC N66に類似、V Sagittae（V Sge）に類似）のもとで、RAWDの検出可能性をモデル化した。減光と噴火状態の違いを考慮した。
• Poisson統計を用いて、仮定された源の特性と内部減光の程度に応じて、SMCにおけるRAWDの95%信頼区間の上限を導出した。
• 特にV Sgeのような高変動性を持つ対象において、内部赤化（EB−V）が検出可能性に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の複数対象分光調査を用いて、SMCにおけるUV輝度が高く青色の星として、急速に質量を吸収している白色矮星（RAWD）を検出できるか？
• RQ2 RAWDの仮定されたスペクトルエネルギー分布（LMC N66、V Sge、またはWolf-Rayet星に類似）が、UV調査における検出可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 本調査における非検出の事実に基づき、明るさと減光に関する異なる仮定のもとで、SMCにおけるRAWDの数にどの程度の上限を設定できるか？
• RQ4 なぜスーパーソフト源（SSS）では観測されたType Ia超新星の割合を説明できないのか？RAWDはこのギャップを埋める可能性があるか？
• RQ5 He IIの発光線のような、RAWDをより信頼性高く同定する観測的指標は何か？なぜ現在のUVベースの調査では不十分なのか？

主な発見

• AAT/AAOmega および VLT/FLAMES を用いたSMC調査において、急速に質量を吸収している白色矮星（RAWD）は検出されなかったが、UV輝度が高く青色の星を標的にした。
• 最も楽観的な仮定（RAWDが非常に青いm162−V色を示す薄いWolf-Rayet星に類似）のもとで、SMCにおけるRAWDの95%信頼区間の上限は10であった。
• RAWDがLMC N66に類似する場合、減光状態や噴火状態に応じて上限は14に上昇するが、減光が強いほど検出可能性は低下する。
• 最も悲観的なケース（RAWDがV Sagittae（V Sge）に類似）では、上限は83にまで上昇するが、これは検出確率が非常に低いため、実質的な制約にはならない。
• V Sgeに類似する対象は、UVの輝度が低く変動が激しいため、本調査のUVベースの調査では検出が困難であり、現在の調査手法では効果が薄い。
• 結果から、RAWDは単一降着モデルによる予測よりもまれであるか、あるいはUVで強く青くないため、現在の調査では観測が困難である可能性が示唆された。