[논문 리뷰] A binary scenario for the pre-explosion outburst of the supernova 2010mc

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 20.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 5인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 타입 IIn 초신성 2010mc의 폭발 이전 폭발(PEO)이 주성의 핵파동 유도 확장으로 유도된 질량 응축에 의해 주도된 것으로 제안한다. 모델은 약 10^48 에르그의 폭발 에너지, 약 2000 km/s의 이중성 유동, 그리고 5.8일째에 관측된 적색 이동된 Hα 피크를 질량 응축에 의해 유도된 제트와 원환성 물질 상호작용을 통해 설명한다.

ABSTRACT

I raise the possibility that the pre-explosion outburst (PEO) of the type IIn supernova 2010mc (PTF 10tel) was energized by mass accretion onto an O main-sequence stellar companion. According to this suggestion the SN progenitor suffered a rapid expansion within months before explosion. The expansion was driven by leakage of energy from the core where vigorous oxygen nuclear burning takes place within a year prior to explosion. This expansion triggered mass transfer onto the secondary star. Most of the extra energy of the outburst comes from the accretion of ~0.1Mo onto the secondary star. As well, the gas outflowing at v~2000 km/s was launched from the accreting secondary star, most likely in a bipolar outflow. The binary model can account for the slower circumstellar medium that was ejected at earlier times, and explain the red-shifted peak of the Halpha emission at 5.8 days past explosion. I compare some properties of the PEO of SN 2010mc to those of other stellar eruptions, such as the stellar merger event V838 Monocerotis and the nineteenth century Great Eruption of the massive stellar binary system Eta Carinae. I speculate that all Type IIn supernovae owe their dense circumstellar gas to binary interaction.

연구 동기 및 목표

• 폭발 약 1개월 전에 발생한 약 10^48 에르그의 에너지적이고 단기적인 폭발 이전 폭발(PEO)을 설명하기 위해.
• 단일 별 다공성-atmosphere 모델(Shaviv, 2000)을 도전하며, PEO의 주요 에너지원으로 이중성 상호작용 메커니즘을 제안하기 위해.
• 폭발 후 5.8일째 관측된 적색 이동된 Hα 피크와 더 빠른 초기에 방출된 원환성 물질의 존재를 설명하기 위해.
• 다양한 중간 광도 광학적 변광체(ILOTs), 예를 들어 V838 Mon과 η Carinae를 동일한 이중성 상호작용 프레임워크 아래 통합하기 위해.
• 특히 질량이 큰 주계열 별이 타입 IIn 초신성의 폭발 이전 질량 손실을 주도하는 데 핵심적인 역할을 한다고 제안하기 위해.

제안 방법

• 주성의 산소 연소 기간 동안 핵대류가 파동을 자극하여 외부로 전파되며, 폭발 전 수개월 동안 껍질의 급격한 팽창을 유도한다고 제안한다.
• 주성에서 이중성의 가까운 곳에 있는 질량이 큰 O형 주계열 별 동반성(M2 ≈ 20 M☉, R2 ≔ 6 R☉)으로의 급격한 질량 이행을 모델링한다.
• 이중성에 약 0.1 M☉의 질량이 응축될 경우 약 10^48 에르그의 에너지가 방출되며, 이는 관측된 PEO 에너지와 일치한다고 계산한다.
• 고속 유동(v_ej ≈ 2000 km/s)은 이중성의 원환성에 질량 응축이 일어나는 디스크에서 발생하는 이중성 제트에 기인하며, η Carinae의 호모누쿠루스와 같은 제트 유도 성운과 일치한다.
• 이중성 모델을 사용하여 폭발 후 5.8일째에 관측된 적색 이동된 Hα 피크를 질량 응축에 의해 유도된 유동에서 발생한 밀도가 높고 비대칭적인 원환성 물질과 폭발 잔해의 상호작용으로 설명한다.
• PEO를 다른 ILOTs(V838 Mon, SN 2008S, η Car의 대폭발 등)와 비교하며, 이들이 모두 이중성 질량 이행 또는 융합 과정에 기인한 공통의 기원을 가졌다고 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 폭발 약 1개월 전에 발생한 약 10^48 에르그의 폭발 이전 폭발(PEO)을 주도한 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ2 질량이 큰 O형 주계열 별 동반성에 대한 질량 응축이 관측된 에너지, 시간 스케일, 운동학을 설명할 수 있는가요?
• RQ3 폭발 후 5.8일째에 관측된 적색 이동된 Hα 피크는 원환성 매질의 구조와 잔해의 상호작용으로 어떻게 설명될 수 있는가요?
• RQ4 이중성 상호작용은 타입 IIn 초신성의 폭발 이전 질량 손실을 주도하는 데 어떤 역할을 하는가요? 특히 단일 별 모델과 비교하여 설명하시오.
• RQ5 SN 2010mc의 PEO와 다른 ILOTs(V838 Mon, η Car 등)는 어느 정도까지 이중성 유도 응축 또는 융합 사건에 기인한 공통 기원을 공유하는가요?

주요 결과

• 총 에너지 약 10^48 에르그, 지속 기간 약 1개월인 SN 2010mc의 PEO는 약 0.1 M☉의 질량이 질량이 큰 O형 주계열 별 동반성에 응축된 것으로 가장 잘 설명된다.
• 주성의 껍질은 산소 연소 기간 동안 핵파동으로 인한 에너지 손실로 인해 핵파동 유도 확장으로 인해 급격히 팽창하였으며, 이는 이중성으로의 질량 이행을 유도하였다.
• 고속 유동(v_ej ≈ 2000 km/s)은 이중성의 원환성에 질량 응축이 일어나는 디스크에서 발생하는 이중성 제트에 기인한다.
• 폭발 후 5.8일째에 관측된 적색 이동된 Hα 피크는 질량 응축에 의해 유도된 빠른 속도의 원환성 물질과 폭발 잔해 사이의 비대칭적 상호작용으로 설명된다.
• 더 멀리 떨어져 있으며 폭발 이전 질량 손실과 일치하는 더 느린, 초기에 방출된 원환성 물질의 존재를 모델이 설명할 수 있다.
• 이중성 모델은 질량 응축 또는 융합 과정에 기인한 에너지를 공급하는 공통의 프레임워크를 제공하며, V838 Mon, η Car의 대폭발, SN 2009ip의 폭발 등 다양한 ILOTs를 통합적으로 이해할 수 있다.