[論文レビュー] Type Iax supernovae from deflagrations in Chandrasekhar mass white dwarfs

F. Lach, F. P. Callan+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 150被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、チャンドラセカール質量の炭素・酸素白色矮星における1点点火の3次元流体力学的シミュレーションを用いて、Type Iax超新星を調査した。点火位置、中心密度、金属量、組成、回転の変化を考慮した。モデルは明るいおよび中程度のIaxイベントの明るさの範囲を再現できたが、最も暗いメンバーを自然に説明できないことから、完全な説明には追加のメカニズム、あるいは56Niを豊富に含む束縛残骸の影響が必要である可能性が示唆された。

ABSTRACT

Due to the increasing number of observations Type Ia supernovae are nowadays regarded as a heterogeneous class of objects consisting of several subclasses. One of the largest of these is the class of Type Iax supernovae (SNe Iax) which have been suggested to originate from pure deflagrations in CO Chandrasekhar-mass white dwarfs (WDs). Although a few deflagration studies have been carried out, the full diversity of the class is not captured yet. We therefore present a parameter study of single-spot ignited deflagrations with varying ignition locations, central densities, metallicities and compositions. We also explore a rigidly rotating progenitor and carry out 3D hydrodynamic simulations, nuclear network calculations and radiative transfer. The new models extend the range in brightness covered by previous studies to the lower end. Our explosions produce $^{56}$Ni masses from $5.8 imes 10^{-3}$ to $9.2 imes 10^{-2}\,M_\odot$. In spite of the wide exploration of the parameter space the main characteristics of the models are primarily driven by the mass of $^{56}$Ni. Secondary parameters have too little impact to explain the observed trend among faint SNe~Iax. We report kick velocities of the bound explosion remnants from $6.9$ to $369.8\,$km$\,s^{-1}$. The wide exploration of the parameter space and viewing-angle effects in the radiative transfer lead to a significant spread in the synthetic observables. The trends towards the faint end of the class are, however, not reproduced. This motivates a quantification of the systematic uncertainties in the modeling procedure and the influence of the $^{56}$Ni-rich bound remnant. While the pure deflagration scenario remains a favorable explanation for bright and intermediate luminosity SNe~Iax, the possibility that SNe~Iax do not consist of a single explosion scenario needs to be considered.

研究の動機と目的

• チャンドラセカール質量白色矮星における1点点火のパラメータ空間を探索し、Type Iax超新星の多様性を理解すること。
• 点火モデルが、特に暗い端の全明るさ範囲を再現できるかどうかを調査すること。
• 点火位置、中心密度、金属量、組成、回転といった初期条件が合成観測量に与える影響を評価すること。
• モデル予測と観測結果との間の乖離を定量化し、特に暗いSNe Iaxにおける乖離を特定すること。
• 56Niを豊富に含む束縛残骸が、特に暗い爆発における光曲線やスペクトルに果たす可能性のある役割を評価すること。

提案手法

• 炭素・酸素白色矮星における点火をモデル化するため、LEAFSコードを用いた3次元流体力学的シミュレーション。
• 56Ni産出量と元素組成を決定するため、YANNコードを用いた核合成計算。
• 観測結果と比較するため、ARTIS放射移動コードを用いて合成光曲線およびスペクトルを生成。
• 点火位置、中心密度、金属量、組成、剛体回転の導入を変化させ、パラメータ空間を体系的に探索。
• 視線方向の影響を検討し、異なる観測方向からの観測的多様性を評価。
• 観測されたSNe Iaxの光曲線、等級、スペクトル的特徴と比較し、モデルと観測の不一致を特定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャンドラセカール質量白色矮星における1点点火が、特に最も暗いメンバーを含め、観測されたType Iax超新星の全明るさ範囲を再現できるか。
• RQ2 点火位置、中心密度、金属量、組成、回転の変化が、得られる56Ni質量および合成観測量にどのように影響するか。
• RQ3 56Niを豊富に含む束縛残骸が、暗いType Iax超新星の光曲線やスペクトルにどの程度影響を及ぼすか。
• RQ4 現在の点火モデルが、なぜType Iax明るさ系列の暗い端の観測傾向を再現できないのか。
• RQ5 放射移動および核ネットワークモデルにおける系統的不確実性が、モデルと観測結果の乖離に果たす役割は何か。

主な発見

• モデルは5.8 × 10⁻³から9.2 × 10⁻² M⊙の56Ni質量を生成し、以前の研究がカバーしていた明るさ範囲を暗い端まで拡張した。
• 広いパラメータ空間の探索にもかかわらず、主な観測的傾向は56Ni質量に強く依存し、1次元的なシーケンスを形成している。
• 束縛残骸のキック速度は6.9から369.8 km s⁻¹の範囲にあり、その大きさと方向は点火の強さに依存する。
• モデルはType Iaxクラスの暗い部分における観測傾向を再現できないため、最も暗いイベントに対して純粋な点火シナリオに限界がある可能性が示唆された。
• 暗いモデルでは、束縛残骸内の56Ni質量が噴出物よりも顕著に高い—例えば、モデルr114_d6.0_Zでは5倍高い—ことから、光曲線およびスペクトルに重要な寄与をしている可能性がある。
• 特にスペクトルの時間的変化や長期的光曲線において、モデルと観測結果との系統的乖離は、燃焼物が残骸に残っている効果を組み込むことで解消される可能性があり、これは暗いイベントにおいて不確実ではあるが、おそらく極めて重要な要因である。