[논문 리뷰] Progenitors of the Accretion-Induced Collapse of White Dwarfs

Damian Kwiatkowski|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 02.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 최신 이중성 진화 모델을 사용하여 산소- neon-마그네슘 백색왜성의 질량 축적에 의한 붕괴(AIC)를 겪을 수 있는 이중성 시스템의 이론적 비율과 물리적 성질을 제시한다. 연구 결과, AIC는 적색거대성 또는 허츠프룽 갭의 후보자와 함께 일어날 가능성이 가장 높으며, 나선은행성에서 연간 약 ~2.5×10⁻⁵ yr⁻¹, 오래된 타원은행성에서 약 ~1.3×10⁻⁵ yr⁻¹의 피크 비율을 보이며, 검출 가능한 전자기적 순간변화를 유도할 수 있다.

ABSTRACT

Recent calculations of accretion-induced collapse of an oxygen-neon-magnesium white dwarf into a neutron star [Piro & Thompson 2014] allow for a potentially detectable transient electromagnetic signal. Motivated by these results, I present theoretical rates and physical properties of binary stars that can produce accretion-induced collapse. The rates are presented for various types of host galaxies (e.g. old ellipticals versus spirals) and are differentiated by the donor star type (e.g. large giant star versus compact helium-rich donor). Results presented in this thesis may help to guide near-future electromagnetic transient search campaigns to find likely candidates for accretion-induced collapse events. My predictions are based on binary evolution calculations that include the most recent updates on mass accretion and secular mass growth of white dwarfs. I find that the most likely systems that undergo accretion-induced collapse consist of an ONeMg white dwarf with a Hertzsprung gap star or a red giant companion. Typical rates are of the order ~1-5 x 10^-5 1/yr and ~10^-4-10^-5 1/yr in large spiral galaxies and old ellipticals, respectively. The brightest electromagnetic signals are predicted for evolved giant type donors for which I find rates of the order ~2.5 x 10^-5 1/yr (large spirals) and ~1.3 x 10^-5 1/yr (old ellipticals).

연구 동기 및 목표

• 산소- neon-마그네슘 백색왜성의 질량 축적에 의한 붕괴(AIC)의 가장 가능성이 높은 원천 시스템을 규명하는 것.
• 나선은행성과 오래된 타원은행성과 같은 다양한 은하 환경에서 AIC 사건의 이론적 발생 빈도를 추정하는 것.
• AIC 사건에서 가장 강한 관측 가능한 전자기 신호를 유도하는 후보자 별 유형을 규명하는 것.
• AIC 탐지에 가장 유망한 후보 시스템을 식별하여 향후 전자기적순간변동 탐색을 안내하는 것.
• 최근 질량 축적 및 백색왜성의 장기적 질량 증가에 대한 발전을 반영한 최신 이중성 진화 모델을 사용하여 예측을 정교화하는 것.

제안 방법

• 근접한 이중성 시스템의 장기적 진화를 모델링하기 위해 StarTrack 코드를 사용한 이중성 진화 시뮬레이션을 시행하였다.
• 백색왜성에 대한 질량 축적에 대한 최신 물리 모델을 통합하였으며, 장기적 질량 증가 및 안정성 기준을 포함하였다.
• 산소- neon-마그네슘 백색왜성이 질량 축적으로 인해 찬드라세카르 한계를 초과할 경우 AIC로 이어지는 시스템을 추적하였다.
• 다양한 은하 유형에서 각기 다른 후보자 유형(예: 허츠프룽 갭 별, 적색거대성, 헬륨 농도가 높은 후보자)에 대해 연간 사건 빈도를 계산하였다.
• 후보자 유형과 시스템 구성에 기반하여 기대되는 전자기순간변화 신호를 평가하였다.
• 환경적 영향을 평가하기 위해 은하 금속성, 연령, 주변 은하 형상에 따라 결과를 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 산소- neon-마그네슘 백색왜성이 질량 축적에 의해 붕괴될 가능성이 가장 높은 후보자 별의 유형은 무엇인가요?
• RQ2 나선은행성과 오래된 타원은행성에서 AIC 사건의 이론적 발생 빈도는 각각 얼마인가요?
• RQ3 어떤 후보자 유형이 AIC 동안 가장 강력한 검출 가능한 전자기 신호를 유도하는가요?
• RQ4 은하 금속성과 연령은 AIC 사건의 예측 빈도에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ5 다양한 이중성 진화 경로에 따라 AIC 원천 시스템의 예측 분포는 어떻게 되나요?

주요 결과

• 가장 가능성이 높은 AIC 원천은 산소- neon-마그네슘 백색왜성과 적색거대성 또는 허츠프룽 갭 별 후보자를 가진 시스템이다.
• 이론적 AIC 빈도는 큰 나선은행성에서 약 1–5×10⁻⁵ yr⁻¹, 오래된 타원은행성에서 약 10⁻⁴–10⁻⁵ yr⁻¹이다.
• 가장 강력한 전자기 신호는 퇴화한 거대 후보자와 함께 있는 시스템에서 기대되며, 나선은행성에서 약 ~2.5×10⁻⁵ yr⁻¹, 타원은행성에서 약 ~1.3×10⁻⁵ yr⁻¹의 빈도를 보인다.
• 헬륨 농도가 높은 후보자를 가진 시스템은 검출 가능한 신호를 유도할 가능성이 낮으며, 예측 빈도도 낮다.
• 결과는 최근 질량 축적 및 백색왜성 질량 증가에 대한 발전을 반영한 최신 이중성 진화 모델에 기반한다.
• 이러한 발견들은 향후 전자기순간변동 탐색을 위한 AIC 사건 탐지에 있어 목표 지향적인 프레임워크를 제공한다.