[論文レビュー] A binary scenario for the pre-explosion outburst of the supernova 2010mc

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 5被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、Type IIn超新星2010mcの爆発前噴出（PEO）が、主星のコア波による膨張を引き金にした質量降着によって駆動されたO型主系列星の降着によって生じたものであると提唱する。このモデルは、10^48 ergの噴出エネルギー、約2000 km/sの双極的噴流、および爆発後5.8日目に観測された赤方偏移したHαピークを、降着駆動ジェットと周囲星間物質との相互作用によって説明する。

ABSTRACT

I raise the possibility that the pre-explosion outburst (PEO) of the type IIn supernova 2010mc (PTF 10tel) was energized by mass accretion onto an O main-sequence stellar companion. According to this suggestion the SN progenitor suffered a rapid expansion within months before explosion. The expansion was driven by leakage of energy from the core where vigorous oxygen nuclear burning takes place within a year prior to explosion. This expansion triggered mass transfer onto the secondary star. Most of the extra energy of the outburst comes from the accretion of ~0.1Mo onto the secondary star. As well, the gas outflowing at v~2000 km/s was launched from the accreting secondary star, most likely in a bipolar outflow. The binary model can account for the slower circumstellar medium that was ejected at earlier times, and explain the red-shifted peak of the Halpha emission at 5.8 days past explosion. I compare some properties of the PEO of SN 2010mc to those of other stellar eruptions, such as the stellar merger event V838 Monocerotis and the nineteenth century Great Eruption of the massive stellar binary system Eta Carinae. I speculate that all Type IIn supernovae owe their dense circumstellar gas to binary interaction.

研究の動機と目的

• 爆発の1か月ほど前、約10^48 ergのエネルギーを放出した、短時間にわたるSN 2010mcのエネルギー的で短時間の爆発前噴出（PEO）を説明すること。
• 単一星の多孔質大気モデル（Shaviv, 2000）に挑戦し、PEOの主エネルギー源として二重星相互作用メカニズムを提唱すること。
• 爆発後5.8日目に観測された赤方偏移したHαピークと、より早く噴出された遅い周囲物質の存在を説明すること。
• SN 2010mcのPEOを、V838 Mon やη Carinaeといった他の中程度の明るさの光的トランスジェント（ILOTs）と、共通の二重星相互作用フレームワークで統一すること。
• 特に質量の大きな主系列星である二重星同伴星が、Type IIn超新星における爆発前質量放出を駆動する上で根本的な役割を果たしている可能性を示唆すること。

提案手法

• 主星の酸素燃焼期におけるコア対流が波を励起し、その波が外向きに伝播することで、爆発の数か月前から急速に包層が膨張することを提唱する。
• この膨張を、近接した質量の大きなO型主系列星同伴星（M2 ≈ 20 M☉, R2 ≈ 6 R☉）への急速な質量転送を引き起こすものとしてモデル化する。
• 二次星への降着質量M_acc ≈ 0.1 M☉が、約10^48 ergのエネルギーを放出できることを計算し、観測されたPEOエネルギーと一致することを示す。
• 高い速度の噴流（v_ej ≈ 2000 km/s）は、二次星の周囲に形成される降着円盤から発生する双極的ジェットに起因するとする。これは、η Carinaeのホムンクルスのようなジェット駆動ネbulaと整合的である。
• 二重星モデルを用いて、爆発後5.8日目に観測された赤方偏移Hαピークを、降着駆動噴流によって生成された密度の高い非対称な周囲星間物質とSN噴出物との相互作用によって説明する。
• PEOを他のILOT（例：V838 Mon, SN 2008S, η Carのグレート・エルラプション）と比較し、二重星質量移動または合体プロセスによって共通の起源を持つと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 爆発の1か月ほど前に発生した10^48 ergのエネルギーを放出したSN 2010mcの爆発前噴出は、どのようなメカニズムによって駆動されたのか？
• RQ2 質量の大きなO型同伴星への降着が、PEOの観測されたエネルギー、時間スケール、運動学的特徴を説明できるか？
• RQ3 爆発後5.8日目に観測された赤方偏移Hαピークは、周囲星間物質の構造と噴出物との相互作用によってどのように説明できるか？
• RQ4 二重星相互作用は、特に単一星モデルと比較して、Type IIn超新星における爆発前質量放出を駆動する上で果たす役割は何か？
• RQ5 SN 2010mcのPEOと他のILOT（例：V838 Mon, η Car）は、二重星誘発降着または合体イベントによって共通の起源を持つと見なせるか、その程度はどの程度か？

主な発見

• SN 2010mcのPEOは、合計エネルギーが約10^48 erg、持続時間が約1か月であるが、質量の大きなO型主系列星への約0.1 M☉の降着によって最もよく説明できる。
• 主星の包層が、酸素燃焼期におけるコア波からのエネルギー漏れによって、爆発の数か月前に急速に膨張し、二次星への質量転送を引き起こした。
• 高速噴流（v_ej ≈ 2000 km/s）は、二次星の周囲に形成された降着円盤から発生する双極的ジェットに起因するとされる。
• 爆発後5.8日目に観測された赤方偏移Hαピークは、SN噴出物と、降着駆動噴流によって生成された密度が高く非対称な周囲星間物質との相互作用によって説明できる。
• このモデルは、より遅い速度でかつ以前に噴出された周囲星間物質の存在を説明でき、これはPEO以前の質量放出に一致する。
• 二重星モデルは、V838 Mon やη Carのグレート・エルラプション、SN 2009ipの噴出を含む多様なILOTを統一的に理解するフレームワークを提供し、それらのエネルギー源を二重星相互作用、特に降着または合体プロセスに起因すると説明できる。