[論文レビュー] On the Evolution and Appearance of a Surviving Companion after a Type Ia Supernova Explosion

Philipp Podsiadlowski|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2003

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、Type Ia超新星系における生存する準巨星伴星の超新星爆発後の進化をモデル化し、衝撃加熱および質量剥ぎ取りによって、10³–10⁴年後に著しく過輝度または低輝度化することを示している。主な結果として、爆発後10³–10⁴年には輝度が最大で2桁の変動を示すことが判明し、歴史的残骸における伴星の探査をより深く行う必要がある。

ABSTRACT

One promising method to test progenitor models for Type Ia supernovae is to identify surviving companion stars in historical supernova remnants. A surviving companion will have been strongly affected by its interaction with the supernova ejecta. Here we systematically explore the evolution and appearance of a typical companion star that has been stripped and heated by the supernova interaction during the post-impact re-equilibration phase. We show that, depending on the amount of heating and the amount of mass stripped by the impact or the previous binary mass transfer, such a star may be significantly overluminous or underluminous 10^3 - 10^4 yr after the supernova relative to its pre-supernova luminosity (by up to two orders of magnitude) and discuss the implications of these results for the strategies to be employed in searches for such companions.

研究の動機と目的

• Type Ia超新星爆発後に生存する伴星の観測可能な進化を理解すること。
• 衝撃加熱および質量剥ぎ取りが、再平衡過程における伴星の輝度および外観に与える影響を評価すること。
• 歴史的超新星残骸における生存伴星の探査に向けた観測的制約を提供すること。
• 爆発後の輝度および進化 timescale に基づいて、このような伴星の検出可能性を評価すること。
• 生存伴星の期待される外観および明るさの範囲を予測することで、前身系の同定戦略を支援すること。

提案手法

• 詳細な星の進化モデルを用いて、超新星衝撃波の影響後の準巨星伴星の熱的再平衡をシミュレートする。
• 投入エネルギー（5×10⁴⁵～3.5×10⁴⁶ erg）および剥ぎ取り質量（0.03～0.8 M☉）を変化させ、異なる加熱および剥ぎ取りシナリオを探索する。
• 爆発後10³～10⁴年における星の輝度およびHertzsprung-Russell（H-R）図上の位置の進化を計算する。
• 熱的時効果がエンベロープに与える影響に注目し、爆発前の輝度および進化状態と比較する。
• Hachisuら（1999）の質量転送履歴および吸着効率モデルを用い、U Scoに類似た系の初期条件を定義する。
• 表面重力、色、変動性を含む外観の分析を通じて、検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Type Ia超新星爆発後10³～10⁴年における衝撃加熱および質量剥ぎ取りが、生存する準巨星伴星の輝度にどのように影響するか？
• RQ2 このような伴星の予想される輝度範囲は、爆発前の状態と比べてどの程度か？
• RQ3 熱的時効果およびエンベロープ質量が、爆発後の進化および外観に与える影響は何か？
• RQ4 生存伴星を超新星残骸内で特定可能にする観測的特徴（例：色、明るさ、変動性）は何か？
• RQ5 歴史的残骸内でのこのような伴星の確実な検出または非検出のためには、どの程度の明るさ限界が必要か？

主な発見

• 爆発後10³～10⁴年には、生存伴星の輝度が爆発前の状態と比べて最大で2桁の変動を示す可能性がある。
• 最も強い加熱が生じた場合、伴星は最大10倍まで低輝度化し、低重力の主系列星に似た外観を示す。
• 輝度の進化は、主に残存エンベロープの熱的時効果に支配されており、これは質量剥ぎ取りおよび爆発前の質量転送に依存する。
• 内部の膨張およびエネルギー損失により冷却が著しく進行した場合、極めて赤く、著しく変動する準巨星として現れる可能性がある。
• 爆発後10³年には、伴星の輝度が約~0.1 L☉まで低下する可能性があり、検出にはこの限界まで探査する必要がある。
• 爆発後10⁴年には、検出可能性を確保するには、約~0.01 L☉まで明るさが薄れる必要があり、従来の想定よりもはるかに暗い。