[論文レビュー] The energy source of intermediate luminosity optical transients

Noam Soker, Amit Kashi|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

論文は、中等光度オプティカルトランスジェント（ILOTs）が、主系列星への質量降着または合体に伴い放出される重力エネルギーによって駆動されていると提唱する。重力的エネルギーの典型的な大きさを、基本定数と ignitions 温度の関数として導出し、ILOTs が新星と超新星の中間の明るさを示す理由を説明するとともに、降着の粘性時​​間隔制約を用いて最大明るさの上限を設定する。

ABSTRACT

We argue that transient systems with luminosity between novae and supernovae (SNe) are powered by gravitational energy of mass accreted onto, or a companion merges with, a main-sequence star. These transient events are termed Intermediate-Luminosity Optical Transients (ILOTs; other terms in use are Intermediate-Luminosity Red Transients and Red Novae). We show that despite the wide range of 10^{45}-10^{50} erg, the typical energy released by ILOTs can be expressed as a function of fundamental variables: the planck constant, speed of light, gravitational constant, electron mass, neutron mass, and ignition temperature of hydrogen. This expression explains why ILOTs are located between SNe and novae with respect to their total energy. We also put an upper limit on the power (luminosity) of ILOTs, which explains their lower luminosity than SNe.

研究の動機と目的

• 中等光度オプティカルトランスジェント（ILOTs）の根本的エネルギー源を特定すること。ILOTs は新星と超新星の中間の明るさを示す。
• なぜ ILOTs が 10^45–10^50 erg のエネルギー範囲にあるのかを説明すること。これは新星と超新星の中間のエネルギーである。
• 二重星系における粘性降着時間スケールに基づいて、ILOT の明るさの理論的上限を導出すること。
• ILOTs、新星、超新星を、降着または合体に伴う重力エネルギー放出という共通の枠組みで統合すること。

提案手法

• ILOTs が主系列星への降着または合体に伴う重力エネルギーによって駆動されていると提唱し、重力ポテンシャルエネルギーの式 $ E = \frac{GM_{\text{acc}}}{R} $ を用いる。
• 基本定数の関数としての全利用可能エネルギーを導出し、$ F_I(\bar{h}, c, G, m_e, m_N, kT_i) $ と表す。エネルギースケールを水素点火温度と関連付ける。
• 粘性時間スケール $ t_{\text{visc}} \backsimeq 73 \times (\text{パラメータ}) $ を用いて降着率を制約し、最大明るさを導出する。
• 重力的出力の上限を $ L_{\text{max}} \backsimeq 7.7 \times 10^{41} \times (\text{スケーリング要因}) $ erg s⁻¹ として導出し、$ L_G = \frac{GM_a \tilde{M}_a}{R_a} $ と粘性時間スケールに基づく。
• 観測された ILOTs をエネルギー-時間図（ETD）にプロットし、そのうち「オプティカルトランスジェントストライプ」（OTS）と呼ばれる領域に位置することを示す。この領域は粘性降着制限によって上端で制限される。
• ILOTs を新星や超新星と比較し、同じ物理的原理に従うが、質量やポテンシャルスケールが異なることから、エネルギースケールが異なることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中等光度オプティカルトランスジェント（ILOTs）の根本的エネルギー源は何か。これは新星と超新星の中間の明るさを示す。
• RQ2 なぜ ILOTs は 10^{45}–10^{50} erg のエネルギー範囲にあるのか。これは新星と超新星の中間のエネルギーである。
• RQ3 ILOT の最大明るさを制限する要因は何であり、なぜ超新星レベルに達しないのか。
• RQ4 ILOT のエネルギー出力は、基本物理定数と点火温度の関数として表せるか。
• RQ5 降着円盤における粘性時間スケールは、ILOT の噴出期間と明るさをどのように制限するか。

主な発見

• ILOT の全エネルギーは、降着または合体に伴う重力エネルギーによって説明され、$ F_I(\bar{h}, c, G, m_e, m_N, kT_i) $ として表される。これにより、明るさが基本定数と関連づけられる。
• ILOT の典型的なエネルギーは、主系列星の表面における重力ポテンシャルに、降着された物質の質量によってスケーリングされたものである。
• ILOT の最大明るさの上限は、降着円盤の粘性時間スケールによって決定され、$ L_{\text{max}} \backsimeq 7.7 \times 10^{41} \times (\text{スケーリング要因}) $ erg s⁻¹ となる。
• V838 Mon に類似した系では、粘性時間スケール $ t_{\text{visc}} \backsimeq 160 \times t_K $ が成り立つため、降着の最小時間スケールが定まり、ピーク明るさが制限される。
• ILOTs はエネルギー-時間図（ETD）において「オプティカルトランスジェントストライプ」（OTS）に位置し、上端は粘性降着制限、下端は低質量または低効率の出来事によって制限される。
• このモデルにより、ILOTs が多様なグループではなく、共通の駆動源、すなわち主系列星への降着による重力エネルギーを共有していることが説明される。