[논문 리뷰] Recurrent novae as progenitors of Type Ia supernovae

Mariko Kato, Izumi Hachisu|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 11.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 U 스코르피우스와 V407 사이기의 같은 연속적인 항성계인 심생계에서 백색왜성(WD)이 질량을 적립하고 찬드라세카르 한계에 도달하거나 이를 초월함으로써 초신성 Ia의 잠재적 원천이 될 수 있음을 제안한다. 최신의 투과도 모델과 밀도 높은 바람 이론을 사용하여, 저자들은 이러한 시스템이 공통-envelope 탈출 없이 질량 증가를 유지할 수 있음을 보여주며, 빠른 노바 광선 곡선과 MMRD 관계의 이탈이 초과 찬드라세카르 질량의 백색왜성임을 증거로 제시한다.

ABSTRACT

Recurrent novae are binaries harboring a very massive white dwarf (WD), as massive as the Chandrasekhar mass, because of their short recurrence periods of nova outbursts of 10-100 years. Thus, recurrent novae are considered as candidates of progenitors of Type Ia supernovae (SNe Ia). In fact, the SN Ia PTF11kx showed evidence that its progenitor is a symbiotic recurrent nova. The binary parameters of recurrent novae have been well determined, especially for the ones with frequent outbursts, U Sco and RS Oph, which provide useful information on the elementary processes in binary evolution toward SNe Ia. Therefore we use them as testbeds for binary evolution models. For example, the original double degenerate (DD) scenario cannot reproduce RS Oph type recurrent novae, whereas the new single degenerate (SD) scenario proposed by Hachisu et al. (1999) naturally can. We review main differences between the SD and DD scenarios, especially for their basic processes of binary evolution. We also discuss observational support for each physical process. The original DD scenario is based on the physics in 1980s, whereas the SD scenario on more recent physics including the new opacity, mass-growth efficiency of WDs, and optically thick winds developed in nova outbursts.

연구 동기 및 목표

• 짧은 재발 주기를 가진 연속적인 노바가 초신성 Ia(SNe Ia)의 원천이 될 수 있는지 평가한다.
• 기존의 双백색왜성(DD) 시나리오의 모순을 해결하기 위해 밀도 높은 바람을 포함한 개선된 단일 백색왜성(SD) 모델을 제안한다.
• 관측된 노바 광선 곡선과 MMRD 관계의 이탈이 초과 찬드라세카르 질량의 백색왜성임을 나타내는 이유를 설명한다.
• 질량 증착 바람 진화 시나리오가 질량 전달의 안정성과 백색왜성의 폭발까지의 질량 증가를 가능하게 하는지 검증한다.
• U 스코르피우스, V407 사이기, V445 펠리쿠스 등 시스템의 관측 증거를 평가하여 찬드라세카르 한계에 가까운 질량의 백색왜성이 존재하는지 확인한다.

제안 방법

• 에너지 수송과 바람 가속도를 모의하기 위해 최신 OPAL 투과도 표를 사용한다.
• 밀도 높은 바람 이론을 적용하여 대기층 탈출 역학을 시뮬레이션하고, 고속의 노바 시간스케일을 고려하지 않아도 되는 조건을 설명한다.
• U 스코르피우스, V407 사이기, V445 펠리쿠스 등의 연속적인 노바의 광선 곡선을 질량 적축률과 바람 탈출률을 사용하여 모의하고, 백색왜성 질량을 추정한다.
• 관측된 광선 곡선 형태와 최대 등급을 이론적 예측과 비교하여 MMRD 관계의 이탈 여부를 분석한다.
• 이중성 파ameters와 궤도 주기를 분석하여 알려진 이중성 진화 경로와의 일치성을 평가한다.
• irradiated accretion disk가 RS Oph와 V407 사이기에서 관측된 플랫폼 단계를 생성하는 데 기여하는 역할을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10–100년의 짧은 재발 주기를 가진 연속적인 노바에서 백색왜성이 찬드라세카르 질량에 도달하거나 이를 초월할 수 있는가?
• RQ2 왜 일부 연속적인 노바, 예를 들어 U 스코르피우스와 V407 사이기에서는 MMRD 관계에서 크게 이탈하는 광학 광선 곡선을 보이는가?
• RQ3 노바 모델에 밀도 높은 바람을 포함함으로써 원래의 이중 백색왜성 시나리오의 한계를 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ4 연속적인 노바 시스템의 백색왜성이 초과 찬드라세카르 질량임을 나타내는 관측적 징후는 무엇인가?
• RQ5 질량 증착 바람 진화 시나리오는 질량 전달의 안정성과 연속적인 노바 시스템에서 공통-envelope 단계의 부재를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• U 스코르피우스의 백색왜성 질량는 MV,max = -7.5의 매우 빠른 노바 감쇠와 함께 1.4 M☉에 가까운 질량을 가지며, MMRD 관계에 따르면 3.0 등급 어두운 예측보다 어두워서 찬드라세카르 한계에 도달하거나 초과하고 있음을 시사한다.
• V407 사이기의 광학 광선 곡선은 빠른 초기 감쇠와 플랫폼 단계를 보이며, 이는 U 스코르피우스와 유사한 질량의 백색왜성( irradiated accretion disk 포함)으로 가장 잘 설명되며, 최대 절대 등급은 MV,max = -6.6이다.
• 헬륨 노바인 V445 펠리쿠스의 백색왜성 질량는 ≥1.35 M☉이며, 궤도 주기가 0.65일로, 폭발 전에 찬드라세카르 한계를 초과하는 경로를 밟고 있으며, 폭발 없이도 된다.
• MMRD 관계에서의 이탈 ≥2.5 등급(예: U 스코르피우스: 3.0 등급, V407 사이기: 3.0 등급)은 초과 찬드라세카르 질량의 백색왜성임을 강력히 시사하며, 거리 추정치가 잘못되지 않은 한 그렇다.
• 질량 증착 바람 진화 모델은 빠른 노바의 광선 곡선을 잘 재현하며, 공통-envelope 탈출 없이도 질량 전달의 안정성을 설명할 수 있다.
• V445 펠리쿠스와 V407 사이기의 탈출 물질은 무거운 원소를 포함하고 있어 핵 물질이 끌어올려졌음을 시사하며, 이는 각 노바 주기 이후에 백색왜성 질량이 증가하고 있음을 뜻하며, 초신성 Ia 폭발을 향한 장기적인 질량 증가를 뒷받침한다.