[論文レビュー] SNR G292.0+1.8: A Remnant of a Low-Mass Progenitor Stripped-Envelope Supernova

Tea Temim, Patrick Slane+6 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 89被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、SNR G292.0+1.8の流体力学的シミュレーションを用いて、逆転シャワーがパulsar風ネビュラ（PWN）と衝突した可能性を示し、全噴出物質量が≤3 M⊙である必要があり、逆転シャワー内にほとんど冷たい噴出物が存在しないことを示唆している。観測された酸素-ネオン-マグネシウム豊富な噴出物およびその元素比は、低質量（12–16 M⊙）の前身星が二重星誘発的な質量損失を経て、スティープド・エンvelope超新星となったことに起因すると最もよく説明される。一方、パルサーの高い速度（約600 km s−1）は、顕著なネイタルキックを示唆している。

ABSTRACT

We present a study of the Galactic supernova remnant (SNR) G292.0+1.8, a classic example of a core-collapse SNR that contains oxygen-rich ejecta, circumstellar material, a rapidly moving pulsar, and a pulsar wind nebula (PWN). We use hydrodynamic simulations of the remnant evolution to show that the SNR reverse shock is interacting with the PWN and has most likely shocked the majority of supernova ejecta. In our models, such a scenario requires a total ejecta mass of $\lesssim 3\: m M_{\odot}$ and implies that there is no significant quantity of cold ejecta in the interior of the reverse shock. In light of these results, we compare the estimated elemental masses and abundance ratios in the reverse-shocked ejecta to nucleosynthesis models and find that they are consistent with a progenitor star with an initial mass of 12-16 $\: m M_{\odot}$. We conclude that the progenitor of G292.0+1.8 was likely a relatively low mass star that experienced significant mass loss through a binary interaction and would have produced a stripped-envelope supernova explosion. We also argue that the region known as the "spur" in G292.0+1.8 arises as a result of the pulsar's motion through the supernova ejecta and that its dynamical properties may suggest a line-of-sight component to the pulsar's velocity, leading to a total space velocity of $\sim 600\: m km\:s^{-1}$ and implying a significant natal kick. Finally, we discuss binary mass loss scenarios relevant to G292.0+1.8 and their implications for the binary companion properties and future searches.

研究の動機と目的

• 観測的制約とシミュレーションを用いて、銀河系超新星残骸G292.0+1.8の前身星質量と爆発型を特定すること。
• 質量の大きな単独星モデルからの予想される生成物と観測された噴出物の元素比の不一致を解消すること。
• 光学／赤外線「スパーアー」領域の起源を特定し、パルサーの運動とその力学的関連性を調査すること。
• PWN-シャワー相互作用の形態から、パルサーの空間速度とネイタルキックの大きさを制約すること。
• 観測されたG292.0+1.8の性質と整合する可能性のある二重星同伴のシナリオを特定し、今後の探索をガイドすること。

提案手法

• 1次元および2次元の流体力学（HD）シミュレーションを用いて、SNRおよびPWNの進化をモデル化し、パルサーが噴出物を通過する運動を組み込む。
• 逆転シャワーの伝播とPWNとの相互作用を追跡し、観測されたPWNの形態をもとにモデルパラメータを制約する。
• Chandra X線観測から得られる噴出物質量と元素比を、核合成モデルからのコアコリプス生成物と比較する。
• パルサーの速度ベクトルは、「スパーアー」領域の運動構造から推定され、それがパルサーの軌道に沿った噴出物の衝撃圧縮によって生じたものと仮定する。
• 二重星進化モデルを用いて、ローチューブオーバーフローまたは共通エンvelope排出による質量移動の可能性を評価し、同伴星の性質と噴出速度を予測する。
• スパーアーの速度構造から得られる横方向およびライン・オブ・サイト速度成分を組み合わせることで、パルサーの全空間速度を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された噴出物組成とシャワー相互作用の形態を踏まえると、SNR G292.0+1.8の前身星質量は何か？
• RQ2 逆転シャワーとPWNの相互作用は、全噴出物質量と爆発の時期をどのように制約するか？
• RQ3 G292.0+1.8における光学的・赤外線的「スパーアー」領域の原因は何か？また、パルサーが噴出物を通過する運動と関連づけることができるか？
• RQ4 中性子星の全空間速度は何か？また、それはネイタルキックおよび二重星の歴史に何を示唆するか？
• RQ5 前身星系において最も妥当な二重星同伴のシナリオは何か？そして、それらを観測的に探索するにはどうすればよいか？

主な発見

• 逆転シャワーは、PWNの表面全体と衝突した可能性が高く、全噴出物質量が≤3 M⊙である必要があり、逆転シャワー内にほとんど冷たい噴出物が存在しないことを示唆している。
• 観測された元素質量および元素比（O, Ne, Mg）は、ゼロ年齢主系列（ZAMS）前身星質量が12–16 M⊙に最もよく一致し、低質量でスティープド・エンvelope超新星であることを示している。
• 南東部に位置する「スパーアー」領域は、パルサーの軌道に沿った噴出物の衝撃圧縮によって形成された可能性が高く、ライン・オブ・サイト速度成分は約360 km s−1である。
• パルサーの全空間速度は約600 km s−1と推定され、顕著なネイタルキックを示唆しており、超スティープド・プロゲニターに対する3次元ニュートリノ駆動型コアコリプスモデルと整合的である。
• 前身星は、主にローチューブオーバーフローによる二重星質量移動を経験した可能性が高く、低速（数km s−1）で放出された主系列星の同伴が、検出が困難である。
• 前身星に二重星同伴が存在する確率は56％であると整合的であり、今後の探索は、パルサーの現在位置を中心に、予想される噴出速度と爆発からの経過時間に基づく半径内に焦点を当てるべきである。