[論文レビュー] SN 1987A - Presupernova Evolution and the Progenitor Star

S. E. Woosley, Alexander Heger+2 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 1997

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、大マゼラン雲に存在するSN 1987Aの前身星である青超巨星を、更新されたOPAL透過率と回転を含む単一星進化モデルを用いて調査している。標準的な物理法則のもとでは青超巨星の形成は困難であるが、回転と対流の物理的メカニズムの組み合わせにより、観測された窒素およびヘリウムの過剰を説明でき、ヘリウム核のケルビン＝ヘルムホルツ時効が赤巨星から青巨星への遷移に20,000年という時間スケールを説明できることが示された。

ABSTRACT

Ten years later, astronomers are still puzzled by the stellar evolution that produced SN 1987A --- a blue supergiant. In single star models, the new OPAL opacities make blue solutions more difficult to achieve, though still possible for certain choices of convection physics. We also consider rotation, which has the desirable effect of producing large surface enhancements of nitrogen and helium, but the undesirable effect of increasing the helium-core mass at the expense of the envelope. The latter makes blue solutions more difficult. Still, we seek a model that occurs with high probability in the LMC and for which the time-scale for making the last transition from red to blue, $\sim$ 20,000 years, has a physical interpretation --- the Kelvin-Helmholtz time of the helium core. Single star models satisfy both criteria and might yet prove to be the correct explanation for Sk -69 202, provided new rotational or convection physics can simultaneously give a blue star and explain the ring structure. Some speculations on how this might be achieved are presented and some aspects of binary models briefly discussed.

研究の動機と目的

• 理論的期待が赤超巨星を支持する中で、SN 1987Aの前身星が青超巨星であった理由を説明すること。
• 更新された物理法則を用いた単一星進化モデルが、Sk-69 202の観測された性質を再現できるかどうかを評価すること。
• 赤巨星から青巨星への遷移に20,000年という時間スケールが星の内部構造に基づいて物理的に説明可能かどうかを検証すること。
• 回転が表面の窒素およびヘリウムの過剰を生じさせつつも、青超巨星の形態を維持できるかを評価すること。
• 改訂された対流または回転の物理法則が、観測された前身星と単一星進化を調和させられるかを検討すること。

提案手法

• 更新されたOPAL透過率を用いた単一星進化モデルを用いて、大質量星の晩期進化をシミュレートする。
• 回転効果を組み込み、混合、コア質量、表面組成に与える影響を評価する。
• 最終段階の赤巨星から青巨星への遷移に要する時間スケールを、ヘリウム核のケルビン＝ヘルムホルツ時効に結びつける。
• 大マゼラン雲（LMC）におけるこのような進化経路が発生する確率を評価する。
• 表面組成およびSN 1987Aの周囲のリング構造といった観測的制約と、モデル予測を比較する。
• 二重星相互作用モデルを代替説として簡単に検討するが、本稿の焦点は単一星のシナリオに集中する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の透過率および対流物理法則を用いた単一星進化モデルは、SN 1987Aの青超巨星前身星を生成できるか？
• RQ2 赤巨星から青巨星への遷移に20,000年という時間スケールが物理的に起因するものであるか？
• RQ3 回転は表面組成およびコア質量にどのように影響し、青超巨星の形成と観測された組成を調和させられるか？
• RQ4 表面の窒素およびヘリウムの過剰は、単一星フレームワークにおける回転混合によって説明可能か？
• RQ5 ヘリウム核のケルビン＝ヘルムホルツ時効のような物理的メカニズムが、観測された遷移時間スケールを説明できるか？

主な発見

• OPAL透過率の導入により、単一星モデルにおける青超巨星の解はより困難になったが、特定の対流の取り扱い方では依然として可能である。
• 回転は表面の窒素およびヘリウムの過剰を強化し、観測結果と整合するが、ヘリウムコア質量を増加させ、青巨星進化をより困難にする。
• 赤巨星から青巨星への遷移に要する20,000年という時間スケールは、ヘリウム核のケルビン＝ヘルムホルツ時効として物理的に解釈可能である。
• 単一星モデルは物理的時間スケールの要件を満たしており、LMCにおける発生確率とも整合するため、前身星を説明できる可能性がある。
• 実現可能な解を得るには、青超巨星の形成と周囲の円環構造の両方を説明できる、新しい回転または対流の物理法則が必要である。
• 二重星モデルは簡単に検討されたが、詳細には展開されていない。焦点は依然として単一星進化が説得力のある説明であると考えられている。