[논문 리뷰] A Neutron Star-driven XRF associated with SN 2006aj

P. A. Mazzali, Jinsong Deng외 5명|arXiv (Cornell University)|2006. 03. 21.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 SN 2006aj가 블랙홀 대신 자기장이 강하고 빠르게 회전하는 중성자별인 매그네타르에 의해 추진된 것으로 제안한다. 이는 약한, 연한 X선 플래시(XRF)와 저에너지, 유형 Ic/d 초신성의 원인을 설명한다. 모델은 낮은 질량의 원천 별(~20 M☉)로 인해 뚜렷하지 않게 나타나며, 더 높은 에너지를 가진 블랙홀 형성 초신성과 대비된다.

ABSTRACT

Observations and models of SN 2006aj, while bringing fresh evidence of the connection between long Gamma Ray Bursts (GRBs) and Supernovae (SNe), suggest that there is variety among these events. The previously well observed cases (GRB980425/SN 1998bw, GRB030329/SN 2003dh, GRB031203/SN 2003lw) could be explained as the prompt collapse to a black hole of the core of a massive star (M ~ 40 Msun) that had lost its outer hydrogen and helium envelopes. All these SNe exhibited strong oxygen lines, thus being classified as Type Ic, and their energies were much larger than those of typical SNe. The case of SN 2006aj/GRB060218 appears different: the GRB was weak and soft (an X-Ray Flash, XRF); the SN is dimmer and has very weak oxygen lines, suggesting a "Type Ic/d" classification. The explosion energy of SN 2006aj was smaller, as was the ejected mass. In our model, the progenitor star had a smaller mass than other GRB/SNe (M ~ 20 Msun), suggesting that a neutron star rather than a black hole was formed. If the nascent neutron star was strongly magnetized (a so-called magnetar) and rapidly spinning, it may launch a weak GRB or an XRF. At a later phase of its life, the neutron star may give rise to short GRBs.

연구 동기 및 목표

• 형광성 긴급성과 일반적인 장수 긴급성/초신성과는 달리 어두운 편이고 연한 X선 플래시(XRF)를 보이는 SN 2006aj의 이례적인 성질을 설명하기 위해.
• SN 2006aj가 다른 긴급성 연계 초신성들과 비교해 상대적으로 낮은 폭발 에너지와 약한 산소 선을 보이는 이유를 조사하기 위해.
• 이 사건의 중심 엔진으로서 블랙홀 대신 중성자별이 가능할지 테스트하기 위해.
• 매그네타르가 X선 플래시(XRFs)를 추진하고 저에너지 초신성과 연결되는 데 어떻게 기여하는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 원천 별을 낮은 질량의 밀집된 천체(~20 M☉)로 모델링하여, 블랙홀 대신 중성자별을 형성한 것으로 간주한다.
• 빠르게 회전하고 강한 자기장을 지닌 중성자별(매그네타르)의 에너지 방출을 XRF 및 초신성 방출의 주요 원천으로 포함시킨다.
• 매그네타르의 감속 빛의 세기 이론적 제약 조건을 활용하여 SN 2006aj의 관측된 X선 및 가시광선 광도 곡선을 일치시킨다.
• 모델이 예측하는 폭발 에너지, 방출 질량, 스펙트럼 특징(특히 약한 산소 선)을 관측 데이터와 비교한다.
• 매그네타르 모델이 이 사건이 XRF로 분류되고 유형 Ic/d 초신성임을 고려할 때 일관된지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매그네타르 중심 엔진이 SN 2006aj와 연관된 GRB060218에서 관측된 약한, 연한 X선 플래시(XRF)를 설명할 수 있는가?
• RQ2 왜 SN 2006aj는 다른 긴급성 연계 초신성들과 비교해 상당히 낮은 폭발 에너지와 더 약한 산소 선을 보이는가?
• RQ3 이 사건에서 블랙홀 대신 중성자별을 형성하기 위해 필요한 원천 별 질량과 진화 역사는 무엇인가?
• RQ4 매그네타르 모델은 SN 2006aj의 관측된 광도 곡선과 스펙트럼 특징을 어떻게 설명하는가?
• RQ5 매그네타르 구동 XRF와 이후 짧은 긴급성 방출 가능성 사이의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• SN 2006aj의 원천 별 질량은 일반적인 긴급성/초신성와는 달리 더 낮은 질량(~20 M☉)이었으며, 일반적으로 ~40 M☉의 별과 연관된다.
• 블랙홀 대신 중성자별이 형성된 것은 SN 2006aj에서 관측된 낮은 폭발 에너지와 약한 산소 선과 일치한다.
• 빠르게 회전하고 강한 자기장을 지닌 중성자별(매그네타르)는 감속 에너지 방출을 통해 XRF를 공급할 수 있으며, 이는 연한, 약한 긴급성 방출을 설명한다.
• 모델은 SN 2006aj의 어두운 빛과 스펙트럼 특징(특히 유형 Ic/d로의 분류 포함)을 성공적으로 설명한다.
• 매그네타르 모델은 이러한 중성자별이 후에 짧은 긴급성을 방출할 수 있는 잠재적 진화 경로를 시사한다.