[論文レビュー] VRO 42.05.01: A supernova remnant resulted by a supersonic, mass losing progenitor star

A. Chiotellis, P. Boumis+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、銀河系の超新星残骸VRO 42.05.01の特異な形状が、非均一な周囲媒体を必要とせず、非等方的で赤道面に集中する星風を持つ超音速で質量を失う前身星によるものであると提案する。AMRVACコードを用いた2次元流体力学的シミュレーションにより、前身星の運動と非等方的星風の形成が、風バブルを生成し、SNRを明確な二重リブ状殻および三角形の翼に形作ることを示している。観測された形状と一致する。

ABSTRACT

We present a model for the Galactic supernova remnant (SNR) VRO 42.05.01, suggesting that its intriguing morphology can be explained by a progenitor model of a supersonically moving, mass losing star. The mass outflows of the progenitor star were in the form of an asymmetric stellar wind focused on the equatorial plane of the star. The systemic motion of the parent star in combination with its asymmetric outflows excavated an extended wind bubble that revealed a similar structure to this of VRO 42.05.01. Currently the SNR is interacting with the wind bubble and it is dominantly shaped by it. Employing 2D hydrodynamic simulations we model VRO 42.05.01 under the framework of this model and we reproduce its overall morphological properties. We discuss the variations of our progenitor model in light of the current observational uncertainties.

研究の動機と目的

• 非均一な周囲媒体を仮定せずに、VRO 42.05.01の特異な形状（半円形の殻と大きな弓形の翼）を説明すること。
• 超音速で運動する質量を失う前身星が、非等方的星風を発することで、観測されたSNR構造を自然に生成できるかどうかを調査すること。
• 前身星による風バブルの形成と、その後の超新星噴出物との相互作用を流体力学的シミュレーションでモデル化すること。
• VROの距離に関する不確実性を考慮して、残骸のサイズと形状に基づき、前身星の星風特性と運動を制約すること。

提案手法

• シミュレーションはAMRVAC流体力学コードを用い、2段階に分けた。まず赤超巨星（RSG）からの風バブル形成をモデル化し、次に非等方的星風を持つWolf-Rayet（WR）前身星からのものをモデル化した。
• 非等方的星風は、方位角θに依存する速度および密度プロファイルを用いてモデル化され、パラメータα、β、kが星風の閉じ込め具合と極域対赤道域比を制御する。
• 前身星の超音速運動は、星の静止系において、星の速度（60 km s⁻¹）とは逆方向の等方的かつ一様なガス流れを導入することでシミュレートした。
• 超新星噴出物は、風バブルの中心に導入され、エネルギー2×10⁵⁰ erg、質量6 M☉、指数分布（n=9）とハッブル的運動則を用いた。
• 周囲宇宙空間の密度はn_ISM = 0.5 cm⁻³、温度はT_ISM = 1000 Kと設定され、典型的なISM条件と整合した。
• シミュレーションはSNRの進化を57,000年間追跡し、風バブル殻および赤道面密度増強との相互作用を捉えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VRO 42.05.01の形状、特にその殻と翼の構成要素は、非均一な周囲媒体を仮定せず、超音速で質量を失う前身星によって説明可能か？
• RQ2 観測されたVROのサイズと形状に一致する風バブルを形成するには、どのような星風特性（速度、質量損失率、非等方性）が必要か？
• RQ3 前身星の超音速運動は、その後の超新星残骸の形状にどのように影響を与えるか？
• RQ4 赤道面に集中する非等方的星風が、SNRを二重リブ状構造にどのように形作るか？
• RQ5 前身星の距離および星風パラメータの変動が、観測されたSNR形状を再現するモデルの能力に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 2次元流体力学的シミュレーションにより、超音速で非等方的星風を発する前身星が形成する風バブルと超新星噴出物の相互作用を再現し、VRO 42.05.01の観測された二重リブ状殻および三角形の翼の形状を成功裏に再現した。
• 風バブルは、前身星の超音速運動（60 km s⁻¹）と非等方的星風（赤道面での強化された流出）の組み合わせによって生成され、SNRの二つの構成要素に類似した構造を生じた。
• SNRの初期段階における二重リブ状の形状は、非等方的星風による赤道面での密度増強に起因し、G 65.3+5.7のような成熟したSNRと整合的である。
• 爆発後約6,000年で、SNRは風バブルの停止点および殻に最初に衝突し、著しく減速し始めた。
• 爆発後57,000年には、SNRは周囲の星間構造と完全に相互作用しており、その形状は主に事前に存在する風バブルによって形作られていた。
• モデルは、必要な星風機械的ランク（約10³⁸ erg s⁻¹）を考慮すると、前身星はWolf-Rayet星に最も一致すると示唆しているが、距離に起因する不確実性のため、正確な性質は不明のままだ。