[논문 리뷰] Near-Earth supernova activity during the past 35 Myr

Mads Sølvsten Sørensen, Henrik Svensmark외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 28.

Astro and Planetary Science참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 지난 35 Myr 동안의 지구 근처 초신성(SN) 활동을 395개의 산개성단(OCs)의 궤도 역학 및 별의 진화를 모델링하여 재구성한다. 17–12 Myr BP 사이에 태양으로부터 200 pc 이내에서 한 또는 그 이상의 초신성을 발생시켰을 가능성이 있는 ASCC 19, NGC 1981, NGC 1976를 규명한다. 연구는 약 10 Myr BP에 현재 수준보다 40% 높은 초신성 발생 빈도를 보였으며, 이sov에 대한 이sov 신호가 이중성 별 진화에 의해 더 잘 설명될 수 있음을 제안한다.

ABSTRACT

Here we combine observations of open clusters (OCs) with single- and binary population synthesis models and a Galactic potential to reconstruct the SN activity of these OCs during the past 35 Myr. We find that several OCs potentially hosting SN progenitors have passed within 100 pc of the Sun during the past 35 Myr. In particular we find that ASCC 19, NGC 1981, and NGC 1976 are likely to have hosted one or more SNe while passing within 200 pc of the solar system in the period 17 - 12 Myr BP which might have affected Earths' geology and climate. Besides the stellar history of the individual OCs we also compute 1) a spatial and temporal 2D-probability density map showing the most likely position and time of SN from our sample of OCs within 1 kpc during the past 35 Myr, 2) the time series of the SN rate per volume and 3) the relative SN rate compared with today and corrected for OC evaporation of older generations. The SN rate today from core collapse is estimated to be 37.8$\pm$6.1$ m kpc^{-3} Myr^{-1}$. During the past 35 Myr we find a peak SN rate around 10 Myr before present (BP) where the rate was 40% higher relative to the past 1 Myr. Finally we discuss possible effects of binary stellar evolution in relation to the history of SN production in the solar neighbourhood and the detected $ m ^{60}Fe$ signal in terrestrial geological samples induced between $\sim$2.2 - 2.8Myr BP.

연구 동기 및 목표

• 지난 35 Myr 동안 태양으로부터 1 kpc 이내의 핵붕괴 초신성(SNe)의 시공간적 역사를 재구성하기 위해.
• 이 기간 동안 태양으로부터 100–200 pc 이내를 통과했고, 초신성 원천을 가졌을 가능성이 있는 산개성단(OCs)을 규명하기 위해.
• 지구 표면 샘플에서 약 2.8–2.2 Myr BP에 검출된 60Fe 이sov 기록을 설명하는 데 있어 이중성 별 진화의 역할을 평가하기 위해.
• 지난 35 Myr 동안 1 kpc 이내에서의 초신성 발생에 대한 2차원 확률밀도도를 제작하고, OC 증발 및 국소 군집화를 보정한 초신성 빈도를 정량화하기 위해.
• 관측된 초신성 빈도가 지질학적 이sov 기록(특히 14C 및 10Be 비정상성)과 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 단일 및 이중 별 진화 모델을 사용해 395개의 산개성단(OCs)의 관측 자료를 통합하여 별의 진화 및 초신성 원천 형성 시뮬레이션을 수행하기 위해.
• 은하계 잠재력 모델을 활용해 지난 35 Myr 동안 각 OC의 태양 대비 3차원 궤도 운동을 추적하기 위해.
• 단일 별 진화 조건에서의 초신성 원천 질량 임계값(8–9 M⊙)과 수명(~40 Myr)을 캘리브레이션하였으며, 질량 이동 및 융합과 같은 이중성 효과를 통합하기 위해.
• 지난 35 Myr 동안 1 kpc 이내에서의 초신성 발생에 대한 시공간 2차원 확률밀도도(PDF)를 생성하여 군집화 및 국소 강화를 시각화하기 위해.
• OC 증발을 보정하고, 과거의 초신성 빈도를 현재의 37.8 ± 6.1 kpc⁻³Myr⁻¹ 빈도와 비교하기 위해 부피당 초신성 빈도(kpc⁻³Myr⁻¹)를 계산하기 위해.
• Atmospheric spallation 프록시와 거리 제약 조건을 사용해, 시뮬레이션된 초신성 빈도가 14C, 10Be 및 60Fe 이sov 기록과 일치하는지 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지난 35 Myr 동안 태양으로부터 200 pc 이내를 통과했고, 핵붕괴 초신성 원천을 가졌을 가능성이 있는 산개성단은 무엇인가?
• RQ2 지난 35 Myr 동안의 지구 근처 초신성의 시공간 분포는 어떻게 되며, 균일성보다 군집화를 보이는가?
• RQ3 이중성 별 진화를 고려할 경우, 초신성 원천의 연령과 약 2.8–2.2 Myr BP에 검출된 60Fe 이sov 기록 간의 일치성이 어떻게 향상되는가?
• RQ4 OC 증발 및 국소 군집화를 보정한 태양계 근처의 과거 초신성 빈도는 얼마이며, 현재 빈도와 비교해 보면 어떠한가?
• RQ5 이중성 별 진화를 고려할 경우, 관측된 60Fe 신호는 술-센(OB) 연합의 연령과 어떻게 조율될 수 있는가?

주요 결과

• ASCC 19, NGC 1981, 그리고 NGC 1976는 17–12 Myr BP 사이에 태양으로부터 200 pc 이내에서 한 또는 그 이상의 초신성을 발생시켰을 가능성이 가장 높은 산개성단으로 규명되었다.
• 초신성 빈도는 약 10 Myr BP에 현재 빈도(37.8 ± 6.1 kpc⁻³Myr⁻¹)보다 40% 높은 최고치를 보였다.
• 2차원 시공간 확률밀도도는 비균일한 구조적 분포를 보여주며, 탄생 성단과 관련된 군집화를 시사한다.
• 질량 이동 및 로치 로브 넘치기와 같은 이중성 별 진화 효과는 술-센(OB) 연합의 연령과 60Fe 기록을 조율하기 위해 필수적임을 입증하였다.
• 지난 300,000년 동안 14C 및 10Be 비정상성을 설명하기 위해 필요한 시뮬레이션된 초신성 빈도 약 677 kpc⁻³Myr⁻¹는 관측된 감마선 배경 및 초신성 빈도와 일치하지 않으며, 이는 태양 활동과 같은 다른 원인이 14C 및 10Be 비정상성을 설명할 수 있음을 시사한다.
• 이 연구는 이중성 별 진화가 핵붕괴 초신성의 지연 시간을 40 Myr 이상으로 늘려, 60Fe 기록 및 근처 별 군집의 관측 연령과 더 잘 일치시킬 수 있음을 강조한다.