[논문 리뷰] Supernovae in 2023 (review): possible breakthroughs by late observations

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|2023. 11. 29.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 106인용 수 4

한 줄 요약

이 2023년 리뷰는 핵붕괴 초신성(CCSNe)에서 잡히는 조류 제트 폭발 메커니즘(JJEM)과 초신성 Ia(SNe Ia)에서의 '외로운 백색왜성'(WD) 시나리오 그룹에 대한 돌파구가 되는 증거로 늦은 시기의 초신성 잔여물(SNRs) 관측을 제안한다. 세 개의 핵붕괴 초신성 잔여물(CCSNRs)과 G1.9+0.3 잔여물에서 관측된 점대칭 형태, 그리고 SN 1181의 구형 Pa 30 잔여물은 제트 구동 폭발과 고립된 백색왜성 원천을 강력히 지지하며, 지연된 중성미자 메커니즘과 표준 이중-붕괴 또는 단일-붕괴 모델의 지배성을 도전한다.

ABSTRACT

I present a review of how late observations of supernovae, of the nebular phase, and much later of supernova remnants (SNRs), and their analysis in 2023 made progress towards possible breakthroughs in supporting the jittering jets explosion mechanism (JJEM) for core-collapse supernovae (CCSNe) and in introducing the group of lonely white dwarf (WD) scenarios for type Ia supernovae (SNe Ia). The new analyses of CCSN remnants (CCSNRs) reveal point-symmetric morphologies in a way unnoticed before in several CCSNRs. Qualitative comparison to multipolar planetary nebulae that are shaped by jets suggests that jets exploded these CCSNe, as predicted by the JJEM, but incompatible with the prediction of the delayed neutrino explosion mechanism. The spherical morphology of the ejecta Pa 30 of the historical type Iax supernova (SN Iax) of 1181 AD, which studies in 2023 revealed, is mostly compatible with the explosion of a lonely WD. Namely, at the explosion time, there is only a WD, without any close companion, although the WD was formed via a close binary interaction, i.e., binary merger. Identifying point-symmetry in SNR G1.9+0.3, a normal SN Ia and the youngest SN in the Galaxy, suggests an SN explosion of a lonely WD inside a planetary nebula (an SNIP). The group of lonely WD scenarios includes the core degenerate scenario and the double degenerate scenario with a merger to explosion delay (MED) time. SN Ia explosions of lonely WDs are common and might actually account for most (or even all) normal SNe Ia.

연구 동기 및 목표

• 핵붕괴 초신성 및 초신성 Ia의 폭발 메커니즘을 시험하기 위해 늦은 시기의 초신성과 잔여물 관측을 평가한다.
• 지연된 중성미자 폭발 메커니즘의 지배성을 도전하기 위해, 조류 제트 폭발 메커니즘(JJEM)을 지지하는 형태학적 증거를 제시한다.
• 핵-붕괴 및 융합-붕괴 이후 폭발 지연(MED)을 포함한 '외로운 백색왜성' 시나리오 그룹을 정상적이고 특이한 SNe Ia를 이해하는 데 중심적인 역할로 설정한다.
• 2023년 관측 데이터, 특히 난방기 및 잔여기 단계의 데이터가 표준 단일-붕괴 및 이중-붕괴 모델을 초월한 더 넓은 원천 시나리오 그룹을 지지한다고 주장한다.

제안 방법

• 핵붕괴 초신성 잔여물(CCSNRs)에서 점대칭 형태를 식별하기 위해 2023년의 고해상도 영상 및 스펙트럼 데이터를 분석한다. 점대칭 형태는 잔여물 중심을 기준으로 대칭적인 특징(예: 빔, 덩어리, 귀)을 포함한다.
• 관측된 SNR 형태를 조류 제트 폭발 메커니즘(JJEM)의 이론적 예측과 비교한다. JJEM은 핵붕괴 기간 동안 및 이후의 제트 활동이 고에너지 자기천체와 다극자형 구조를 형성하는 데 기여한다고 연결한다.
• 특히 Pa 30(SN 1181)과 G1.9+0.3의 난방기 관측 데이터를 활용해 원천 시스템을 추론한다. 여기서는 구형 대칭성과 점대칭성을 고립된 백색왜성의 지표로 삼는다.
• 이전에 간과되었던 세 개의 CCSNRs(그림 1–3에 기재됨)와 CTB 1에서의 추정 검출에 대해 형태학적 분류를 적용하여 점대칭성을 식별한다.
• Chandra, 허블 및 지상 천체망원경에서의 2023년 연구 다수의 데이터를 통합하여 JJEM과 외로운 백색왜성 모델과의 일관성을 평가한다.
• 지연된 중성미자 메커니즘에 따라 '실패한 초신성'을 예측하는 모델을 기각한다. 관측적 근거가 부족하고 관측된 제트 구동 형태학적 특징과도 부합하지 않기 때문이다.

Figure 1: The CCSNR N63A has a point-symmetric morphology. A Chandra X-ray image of SNR N63A (logarithmic-scale $0.3-7.0{~{}\rm keV}$ ). The green lines and the small-yellow writings are from the original figure of Karagöz et al. ( 2023 ) . The red-solid lines, the dashed-blue lines, and the red and

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵붕괴 초신성 잔여물에서 관측된 점대칭 형태는 지연된 중성미자 메커니즘보다 조류 제트 폭발 메커니즘(JJEM)을 지지하는가?
• RQ2 SN 1181의 잔여물인 Pa 30의 구형 형태는 밀접한 연성원이 없는 외로운 백색왜성의 폭발로 설명될 수 있는가?
• RQ3 G1.9+0.3의 점대칭 구조는 행 星운에서 발생한 초신성 Ia(SNIP)와 관련된 외로운 백색왜성 원천을 지지하는가?
• RQ4 2023년의 SNe Ia 난방기 관측 데이터는 표준 단일-붕괴 및 이중-붕괴 모델의 타당성을, 외로운 백색왜성 시나리오에 비해 어느 정도 제한하는가?
• RQ5 초신성과 잔여물의 늦은 관측은 오랫동안 두 원천 시나리오(SD 및 DD)만이 SNe Ia의 다양성을 설명한다고 보아온 전제를 어느 정도 도전하는가?

주요 결과

• 세 개의 핵붕괴 초신성 잔여물(CCSNRs)은 이전에 간과되었던 점대칭 형태를 보이며, 빔과 귀와 같은 대칭적 특징이 조류 제트 폭발 메커니즘(JJEM)을 강력히 지지한다.
• 역사적 SN 1181 AD의 난방기 잔여물인 Pa 30는 대규모의 구형 형태를 보이며, 이는 이전에 이중성 융합을 통해 형성된 백색왜성의 폭발임에도 불구하고 외로운 백색왜성의 폭발과 가장 잘 부합한다.
• 은하계에서 가장 최신인 제1형 초신성인 G1.9+0.3의 점대칭 형태는 지금까지 가장 강력한 증거로, 행 星운 내부에서 발생한 초신성 Ia(SNIP)와 외로운 백색왜성 원천을 지지한다.
• 세 개의 CCSNRs에서의 점대칭성과 Pa 30의 구형 대칭성은 지연된 중성미자 폭발 메커니즘이 예측하는 실패한 초신성과는 거리가 먼 형태학적 특징을 지닌다.
• 이 리뷰는 核-붕괴 및 융합-붕괴 이후 폭발 지연(MED)을 포함한 '외로운 백색왜성' 시나리오 그룹이 대부분 또는 모든 정상 SNe Ia를 설명할 수 있으며, 표준 SD 및 DD 모델의 지배성을 도전한다고 주장한다.
• 2023년의 관측 데이터는 정상적이고 특이한 SNe Ia의 다양성을 설명하기 위해 표준 단일-붕괴 및 이중-붕괴 모델을 초월해 4~5개의 원천 시나리오가 필요하다고 시사하며, SD 및 DD 모델에만 집중하는 것을 포기할 것을 촉구한다.

Figure 2: The point-symmetric morphology of the Vela SNR, as identified by Soker ( 2023d ) . The ROSAT X-ray image is from Aschenbach et al. ( 1995 ) , and the figure is adapted from figure 1 of Sapienza et al. ( 2021 ) . Clumps A to F were identified by Aschenbach et al. 1995 . The white AG-line an