[論文レビュー] Spallative Nucleosynthesis in Supernova Remnants. II. Time-dependent numerical results

E. Parizot, L. O’C. Drury|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、超新星残骸における時間に依存する核合成モデルを提示し、前進波面および逆方向波面での高エネルギー粒子の注入をシミュレートし、ベリリウムの生成量を計算している。結果として、金属量が少ない銀暈星における観測されたベリリウムの割合を説明するには、単独の波面機構では不十分であり、以前の解析的結果を確認するとともに、銀河化学進化における関連するエネルギー的不足を解消するのにスーパーバブルモデルが有効である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We calculate the spallative production of light elements associated with the explosion of an isolated supernova in the interstellar medium, using a time-dependent model taking into account the dilution of the ejected enriched material and the adiabatic energy losses. We first derive the injection function of energetic particles (EPs) accelerated at both the forward and the reverse shock, as a function of time. Then we calculate the Be yields obtained in both cases and compare them to the value implied by the observational data for metal-poor stars in the halo of our Galaxy, using both O and Fe data. We find that none of the processes investigated here can account for the amount of Be found in these stars, which confirms the analytical results of Parizot and Drury (1999). We finally analyze the consequences of these results for Galactic chemical evolution, and suggest that a model involving superbubbles might alleviate the energetics problem in a quite natural way.

研究の動機と目的

• 動的波面フレームワークを用いて、超新星残骸における時間に依存するスパラレーション核合成をモデル化すること。
• 前進波面および逆方向波面における高エネルギー粒子の注入関数を計算すること。
• これらの波面からのベリリウム生成量を計算し、金属量が少ない銀暈星の観測データと比較すること。
• 初期の銀河における観測されたベリリウムの源として、超新星波面の妥当性を評価すること。
• 標準的な超新星モデルにおけるエネルギー的制約を踏まえ、銀河化学進化に与える影響を検討すること。

提案手法

• 前進波面および逆方向波面で加速される高エネルギー粒子の進化をシミュレートするため、時間に依存する数値モデルが開発された。
• モデルには断熱的エネルギー損失および物質の銀河間空間への希釈が含まれている。
• 波面の力学的特性とエネルギー損失を考慮した時間関数として、高エネルギー粒子の注入関数が導出された。
• 炭素および酸素核が高エネルギー陽子と衝突することで生じるスパラレーション反応によりベリリウム生成が計算された。
• 酸素および鉄を基準元素として用いて、観測データと生成量を比較した。
• モデルは、初期の銀河におけるベリリウムの主要な供給源として超新星波面がエネルギー的に実現可能かどうかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超新星残骸における前進波面および逆方向波面が、金属量が少ない銀暈星の観測結果と一致するだけのベリリウムを生成できるか？
• RQ2 断熱的エネルギー損失および物質の希釈が、時間に依存する高エネルギー粒子の注入およびその後の核合成に与える影響は何か？
• RQ3 超新星波面からの計算されたベリリウム生成量は、金属量が少ない星における観測された Be/H 比とどの程度一致するか？
• RQ4 なぜ銀暈星における観測されたベリリウムの割合は、標準的な超新星スパラレーションモデルでは説明できないのか？
• RQ5 代替モデルとしてのスーパーバブルモデルにより、超新星駆動によるベリリウム生成におけるエネルギー的不足を解消できるか？

主な発見

• 時間に依存するモデルは、金属量が少ない銀暈星における観測されたベリリウムの割合を説明するには、前進波面および逆方向波面のいずれも単独では不十分であることを確認した。
• 超新星波面からの計算されたベリリウム生成量は、銀暈星の観測データが示唆する値と著しく低い。
• 酸素および鉄を基準要素として用いても、この乖離は継続しており、超新星モデルにおける根本的なエネルギー的不足を示している。
• 結果は、標準的な超新星核合成が初期の銀河における観測されたベリリウムを説明できないという解析的結論を支持している。
• 著者らは、より効率的かつ持続的なスパラレーション源を提供する可能性があるため、スーパーバブルモデルがエネルギー的問題を自然に緩和できるかもしれないと提案している。