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QUICK REVIEW

[論文レビュー] Type Ia Supernovae Can Arise from the Detonations of Both Stars in a Double Degenerate Binary

Samuel J. Boos, Dean M. Townsley|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2024
Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4
ひとこと要約

本論文では、二重白色矮星連星における逐次的爆発が、タイプIa超新星を生成することを示す2次元流体ダイナミクスシミュレーションを提示している。主星の白色矮星が二重爆発を経て、その影響で伴星にも二次的爆発が引き起こされる。三重爆発および四重爆発のシナリオから得られる合成光曲線とスペクトルは、孤立した二重爆発モデルと同様に観測されたSNe Iaと一致するが、爆発物質量や元素産出率が著しく異なる。

ABSTRACT

The precise origin of Type Ia supernovae (SNe Ia) is unknown despite their value to numerous areas in astronomy. While it is a long-standing consensus that they arise from an explosion of a carbon/oxygen white dwarf, the exact progenitor configurations and explosion mechanisms that lead to SNe Ia are still debated. One popular theory is the double detonation in which a helium layer, accreted from a binary companion, detonates on the surface of the primary star, leading to a converging shock-induced detonation of the underlying core. It has recently been seen in simulations that a helium-rich degenerate companion may undergo its own explosion triggered by the impact from the ejecta of the primary star. We show 2D simulations that approximate a white dwarf undergoing a double detonation which triggers the explosion of the degenerate companion, leading to either a triple or quadruple detonation. We also present the first multi-dimensional radiative transfer results from the triple and quadruple detonation scenario. We find that within a range of mass configurations of the degenerate binary, the synthetic light curves and spectra of these events match observations as well as theoretical models of isolated double detonations do. Notably, double and quadruple detonations that are spectrally similar and reach the same peak brightnesses have drastically different ejection masses and produce different amounts of Si- and Fe-group elements. Further understanding of this scenario is needed in order to determine if at least some observed SNe Ia actually originate from two stars exploding.

研究の動機と目的

  • 二重白色矮星連星の両星が爆発を経てタイプIa超新星が生成可能かどうかを調査すること。
  • その結果得られる合成観測量（光曲線とスペクトル）が、観測されたSNe Iaおよび孤立した二重爆発モデルと同等に一致するかどうかを特定すること。
  • 伴星の爆発が、爆発物質量、元素豊度、および中性子星段階の特徴に与える影響を調査すること。
  • この二星爆発シナリオが、観測のばらつきや特異な特徴を説明できる可能性を有するSNe Iaの生成チャネルとして妥当かどうかを評価すること。
  • 今後の非局所熱的平衡放射輸送および3次元シミュレーションによる、他のSN Ia前身星モデルとこのシナリオを区別する基盤を提供すること。

提案手法

  • 炭素酸化物白色矮星が二重爆発を経る過程をモデル化するため、FLASHコードを用いた2次元シミュレーションを実施した。
  • 爆発波の進行を主星の核内および縮退的伴星への影響を追跡した。
  • その後、伴星の爆発をシミュレートし、三重爆発または四重爆発のシナリオを生成した。
  • 爆発後約50日間までの合成光曲線とスペクトルを生成するため、Sedonaコードを用いた多次元放射輸送計算を実施した。
  • パラメータ空間を探索し、観測のデゲネラシーを評価するために、主星質量（例：0.90 M☉ CO主星）および伴星質量（例：0.40 M☉ He伴星）の異なる組み合わせを変化させた。
  • モデルの妥当性を評価するため、観測されたSNe Ia（ピーク光度、減光率、スペクトル的特徴など）と合成観測量を比較した。
Figure 1: Multiband light curves from the detonation of an isolated 1.00 $M_{\odot}$ WD, compared with that of a double detonation of a thin helium shell 1.02 $M_{\odot}$ WD (Boos et al., 2021 ; Shen et al., 2021b ) . Three lines of sight from each model are shown, where the dotted, solid, and dashe
Figure 1: Multiband light curves from the detonation of an isolated 1.00 $M_{\odot}$ WD, compared with that of a double detonation of a thin helium shell 1.02 $M_{\odot}$ WD (Boos et al., 2021 ; Shen et al., 2021b ) . Three lines of sight from each model are shown, where the dotted, solid, and dashe

実験結果

リサーチクエスチョン

  • RQ1二重白色矮星連星における主星の二重爆発が、縮退的伴星の二次的爆発を引き起こすことができるか？
  • RQ2このような二星爆発シナリオから得られる合成光曲線とスペクトルは、観測されたSNe Iaおよび孤立した二重爆発モデルと同等に一致するか？
  • RQ3同様の観測特性を持つ場合に、一星爆発と二星爆発シナリオの間で、爆発物質量および元素産出率（特に56Ni、56Fe、40Ca）にどのような差が生じるか？
  • RQ4中性子星段階において、単一爆発と二重爆発シナリオの間で、鉄群元素の分布に顕著な観測可能な差が現れるか？
  • RQ5このシナリオは、一部のSNe Iaで観測された5,000 km s⁻¹のピーク分離を示す二重ピークのFe線特徴を説明できるか？

主な発見

  • 三重爆発および四重爆発のシナリオから得られる合成光曲線とスペクトルは、観測されたSNe Iaおよび孤立した二重爆発モデルと同等に一致する。
  • ピーク光度やスペクトルの形状が類似しているにもかかわらず、二星爆発シナリオでは爆発物質量が著しく異なる。例えば、四重爆発ケースでは伴星が0.40 M☉の質量を有するが、孤立モデルとは顕著に異なる。
  • 二星シナリオでは、核合成産出率が著しく異なる。0.40 M☉のヘリウム伴星は未燃焼ヘリウム0.16 M☉を残し、全56Niおよび56Feの生成量も孤立した二重爆発モデルとは顕著に異なる。
  • モデルはコア爆発物の豊度に非単調な層化を示しており、これは中性子星段階での観測可能な差異、特に二重ピークのFe線特徴を生じる可能性がある。
  • このシナリオは、視線方向に高質量物質の二重ピーク的分布を生成可能であり、Dongら（2015）が報告した一部のSNe Iaで観測された二重ピークのFe線を説明する可能性を有する。
  • 完全な後処理産出率、爆発物プロファイル、および合成スペクトルは、Zenodo（10.5281/zenodo.10515767）で公開されており、今後の分析や比較に利用可能である。
Figure 2: Spectral comparison between the 1.02 $M_{\odot}$ shelled double detonation model from Boos et al. ( 2021 ) and a bare 1.00 $M_{\odot}$ C/O WD 42 o above the equatorial plane, the line of sight at which these models disagree the most. Each pair of spectra are at the labeled time relative to
Figure 2: Spectral comparison between the 1.02 $M_{\odot}$ shelled double detonation model from Boos et al. ( 2021 ) and a bare 1.00 $M_{\odot}$ C/O WD 42 o above the equatorial plane, the line of sight at which these models disagree the most. Each pair of spectra are at the labeled time relative to

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このレビューはAIが作成し、人間の編集者が確認しました。