[논문 리뷰] On double-degenerate type Ia supernova progenitors as supersoft X-ray sources - A population synthesis analysis using SeBa

Mikkel Nielsen, G. Nelemans외 2명|2013. 10. 08.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 34인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 SeBa 이중성분 합성 코드를 사용하여 이중 밀도(DD) 형광 초신성 Ia의 원천이 질량 전달 기간 동안 초연성 X선을 방출할 수 있는지 조사한다. 낙관적인 가정에도 불구하고, 흡수된 질량은 주로 헬륨이며, 그로 인해 발생하는 초연성 X선 단계는 매우 짧아서 오직 수천 년에 불과하여 밀리웨이크 유사 은하에서 이러한 소스의 수는 무시할 만큼 작다.

ABSTRACT

Context: The nature of the progenitors of type Ia supernova (SN) progenitors remains unclear. While it is usually agreed that single-degenerate progenitor systems would be luminous supersoft X-ray sources (SSSs), it was recently suggested that double-degenerate progenitors might also go through a SSS phase. Aims: We aim to examine the possibility of double-degenerate progenitor systems being SSSs, and place stringent upper limits on the maximally possible durations of any SSS phases and expected number of these systems in a galactic population. Method: We employ the binary population synthesis code SeBa to examine the mass-transfer characteristics of a possible SSS phase of double-degenerate type Ia SN progenitor systems for 1) the standard SeBa assumptions, and 2) an optimistic best-case scenario. The latter case establishes firm upper limits on the possible population of supersoft source double-degenerate type Ia SN progenitor systems. Results: Our results indicate that unlike what is expected for single-degenerate progenitor systems, the vast majority of the material accreted by either pure wind mass transfer or a combination of wind and RLOF mass transfer is helium rather than hydrogen. Even with extremely optimistic assumptions concerning the mass-transfer and retention efficiencies, the average mass accreted by systems that eventually become double-degenerate type Ia SNe is small. Consequently, the lengths of time that these systems may be SSSs are short, even under optimal conditions, and the expected number of such systems in a galactic population is negligible. Conclusions: The population of double-degenerate type Ia SN progenitors that are SSSs is at least an order of magnitude smaller than the population of single-degenerate progenitors expected to be SSSs, and the supersoft X-ray behaviour of double-degenerate systems typically ceases long before the SN explosions.

연구 동기 및 목표

• 이중 밀도 형광 초신성 Ia 원천 시스템이 진화 과정에서 초연성 X선 소스가 될 수 있는지 평가하기.
• 표준 및 낙관적인 가정 하에서 DD 시스템에서 초연성 X선 단계가 지속될 수 있는 최대 기간을 결정하기.
• 밀리웨이크 유사 은하계의 인구에서 이러한 초연성 X선 소스의 예상 수를 추정하기.
• 이중 밀도 원천에서 예측된 초연성 X선 소스 인구를 단일 밀도 시스템과 비교하기.
• 근처 은하에서 관측된 초연성 X선 소스의 부족함이 이중 밀도 원천 시나리오를 뒷받침하지 못하는지 평가하기.

제안 방법

• 은하계 인구의 특성을 반영하는 초기 질량 분포를 가진 50만 개의 이중성계를 시뮬레이션하기 위해 SeBa 이중성분 합성 코드를 사용하였다.
• 두 가지 케이스 분석을 실시: (1) 질량 전달 및 유지에 대해 표준 SeBa 가정을 사용하고, (2) 25%의 풍압 질량 전달 효율과 100% 유지 효율을 가진 낙관적인 시나리오를 사용하였다.
• 수소 또는 헬륨 흡수에 필요한 속도로 안정적인 연소를 가정하여 흡수된 질량과 초연성 X선 단계 지속 시간을 계산하였다.
• 순수 풍압 흡수 및 풍압과 로치 로브 오버플로우(RLOF)의 조합으로 질량 전달이 일어나는 시스템에 집중하였다.
• 각 흡수 방식에 대해 초연성 X선 단계 지속 시간을 정의하기 위해 안정 연소 빛의 기준을 사용하였다.
• 단계 지속 시간과 흡수율을 변환하여 은하계 인구에서 관측 가능한 초연성 X선 소스의 예상 수를 산정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 밀도 형광 초신성 Ia 원천 시스템은 진화 과정에서 초연성 X선을 방출할 수 있는가?
• RQ2 낙관적인 가정 하에서 DD 원천 시스템의 초연성 X선 단계가 지속될 수 있는 최대 기간은 얼마인가?
• RQ3 밀리웨이크 유사 은하에서 어떤 시점에도 이러한 초연성 X선 소스가 얼마나 존재할 것으로 기대되는가?
• RQ4 근처 은하에서 관측된 초연성 X선 소스의 부족함이 이중 밀도 원천 시나리오를 배제하는가?
• RQ5 흡수된 질량 조성이 수소 대비 헬륨일 경우, DD 시스템에서 초연성 X선 방출의 가능성과 지속 시간에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 표준 SeBa 가정 하에서는 DD 원천 시스템에서 풍압을 통한 질량 흡수가 일어나지 않아 초연성 X선 방출이 발생하지 않는다.
• 낙관적인 가정에도 불구하고 순수 풍압 흡수로 흡수되는 평균 질량은 무시할 만큼 작고, 초연성 X선 단계는 오직 수천 년 동안 지속된다.
• 풍압 및 RLOF 방식 모두에서 대부분의 흡수된 물질은 수소가 아니라 헬륨이므로 빛의 강도와 단계 지속 시간이 제한된다.
• RLOF 흡수 시스템의 경우 초연성 X선 단계는 최대 10^4–10^5년까지 지속될 수 있으나, 여전히 단일 밀도 시스템의 일반적인 단계보다 훨씬 짧다.
• 밀리웨이크 유사 은하계에서 원천 DD 원천에서 기인한 관측 가능한 초연성 X선 소스의 예상 수는 10 미만이며, 이는 무시할 만한 인구를 의미한다.
• DD 원천에서 기인한 초연성 X선 소스 인구는 단일 밀도 시스템보다 최소 한 계급 이상 작으며, 일반적으로 초신성 폭발 전에 X선 단계가 끝나게 된다.