[논문 리뷰] Common Powering Mechanism of Intermediate Luminosity Optical Transients and Luminous Blue Variables

Amit Kashi, Noam Soker|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 5인용 수 25

한 줄 요약

논문은 중간 등급의 광학적 순간변이체(ILOTs)와 주요 밝은兰색변이성(LBV) 분출의 공통된 에너지원을 제안한다: 이진계에서의 빠른 질량 이행 또는 융합에 의해 발생하는 단기적인 중력 에너지 방출. 에너지-시간도(ETD)를 사용하여 ILOTs와 LBVs가 '광학적순간변이대역(OTS)'에 위치함을 보이며, 높은 질량 축적률(~1 M☉ yr⁻¹)이 상한 에너지 경계를 설명한다. 이 모델은 M31 RV에서의 청색 방향 진화를 설명하고, M85 OT2006가 신성(nova)일 수 없음을 반박한다.

ABSTRACT

We study recent Intermediate Luminosity Optical Transients (ILOTs) and major eruptions of Luminous Blue Variables (LBVs), and strengthen claims for a similar mechanism powering both. This process is a short duration release of gravitational energy in a binary system. In some ILOTs a merger occurs and one of the stars does not survive the transient event, e.g., V838 Mon and V1309 Sco. In some transient events a rapid and short mass transfer process takes place and the two stars survive the transient event, e.g., the Great Eruption of Eta Carinae. We study new ILOTs and reanalyze known ones in light of new observations and models. We reach our conclusion by analyzing these ILOTs using the Energy-Time Diagram (ETD) where we plot the total energy of the eruption against its eruption timescale. ILOTs and major LBV eruptions occupy the Optical Transient Stripe (OTS) in the ETD. The upper boundary of the stripe is explained by our proposed model where a main sequence (or a slightly off-main sequence) star accretes at a very high rate (

연구 동기 및 목표

• 중간 등급의 광학적 순순변이체(ILOTs)와 주요 밝은兰색변이성(LBV) 분출의 물리적 기원을 통합한다.
• 신성과 초신성 사이의 순순변이체에 대한 일관된 에너지원 부족 문제를 해결한다.
• ILOTs와 LBV 분출이 '에너지-시간도(ETD)'에서 동일한 영역, 즉 '광학적순간변이대역(OTS)'을 점유하고 있음을 입증한다.
• M85 OT2006가 신성일 수 있다는 주장에 반박하며, 그 에너지 출력이 심지어 극한의 신성 한계를 초월함을 보여준다.
• 분출 이후 수년이 지난 M31 RV에서 관측된 청색 방향 진화를 분출 후 질량 축적 디스크 형성으로 설명한다.

제안 방법

• ILOTs와 LBVs를 비교하기 위해 총 분출 에너지와 감쇠 timescale을 플로팅하여 에너지-시간도(ETD)를 구성한다.
• 고속 질량 축적($ \lesssim 1~\mathrm{M_\odot~yr^{-1}} $)에 의한 에너지 방출을 모델링하기 위해 질량 축적 에너지 공식 $ E_{\text{acc}} \approx \eta \frac{GM_{\text{acc}} \dot{M}}{R} $ 를 사용한다.
• OTS의 상한 빛의 세기를 $ \sim 10^{42}~\mathrm{erg~s^{-1}} $ 로 설정하기 위해 $ \dot{M} \lesssim 0.1 M_\odot $ yr⁻¹ 조건을 적용한다.
• 분출된 물질의 광학 두께가 $ \sim 1~\mathrm{yr} $ 이내에 감소하여 중심의 질량 축적 디스크가 노출됨을 모델링한다.
• 재진입 물질의 높은 단위 각운동량을 활용해 안정적인 디스크 형성과 고온 방출($ \sim 5000{-}50000~\mathrm{K} $)을 예측한다.
• 시간 스케일 조정 후 ILOTs와 LBVs의 광도 곡선을 비교하여 유사한 형태를 확인함으로써 공통 메커니즘을 지지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ILOTs와 주요 LBV 분출은 공통된 에너지원을 공유하는가?
• RQ2 에너지-시간도(ETD)를 사용해 ILOTs와 LBVs의 에너지학을 통합할 수 있는가?
• RQ3 어떤 ILOTs, 예를 들어 M31 RV와 같이 분출 후 수년이 지난 후에도 청색 방향 진화를 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ4 M85 OT2006는 신성 폭발과 일치하는가, 아니면 그 에너지 출력이 신성 한계를 초월하는가?
• RQ5 분출 후 질량 축적 디스크가 형성되고 관측 가능해지기 위한 물리적 조건은 무엇인가?

주요 결과

• ILOTs와 주요 LBV 분출은 에너지-시간도에서 '광학적순간변이대역(OTS)'을 점유하며, 이는 공통된 물리적 기원을 시사한다.
• OTS의 상한 경계는 주계열 항성에 대해 $ \lesssim 1~\mathrm{M_\odot~yr^{-1}} $ 의 질량 축적률에 의해 설명되며, 이는 최대 빛의 세기 $ \sim 10^{42}~\mathrm{erg~s^{-1}} $ 를 낳는다.
• NGC 3432 OT는 두 차례의 분출을 보이며, 하나는 약한 것이고 다른 하나는 에너지가 큰 것으로, ILOTs와 LBVs 사이의 갭을 메운다.
• M85 OT2006는 심지어 극한의 신성이라도 될 수 없으며, 총 에너지($ \sim 10^{48}~\mathrm{erg} $)가 신성 한계를 한 단계 초월하기 때문이다.
• 분출 후 약 1년 이내에 껍질이 광학적으로 투명해지면서, M31 RV에서 수년이 지난 후의 청색 방향 진화는 뜨거운 질량 축적 디스크($ \sim 5000{-}50000~\mathrm{K} $) 형성으로 설명된다.
• 분출 후 팽창된 대기층의 붕괴로 인해 재진입 물질이 형성되며, 이는 고특성 각운동량 덕분에 안정적인 질량 축적 디스크를 형성하고, 이로 인해 안정성이 보장된다.