[論文レビュー] Progenitors of the Accretion-Induced Collapse of White Dwarfs

Damian Kwiatkowski|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、最新の二重星進化モデルを用いて、酸素-ネオン-マグネシウム白色矮星が降着誘発崩壊（AIC）を経験する可能性のある二重星系の理論的生成率および物理的性質を提示する。研究では、赤色巨星またはヘルツシュプラングギャップの被降着星を伴う系でAICが最も起こりやすく、銀河のスパイラル系では約2.5×10⁻⁵ yr⁻¹、古い楕円銀河では約1.3×10⁻⁵ yr⁻¹のピーク生成率が得られ、検出可能な電磁気的トランジェントを生成する可能性がある。

ABSTRACT

Recent calculations of accretion-induced collapse of an oxygen-neon-magnesium white dwarf into a neutron star [Piro & Thompson 2014] allow for a potentially detectable transient electromagnetic signal. Motivated by these results, I present theoretical rates and physical properties of binary stars that can produce accretion-induced collapse. The rates are presented for various types of host galaxies (e.g. old ellipticals versus spirals) and are differentiated by the donor star type (e.g. large giant star versus compact helium-rich donor). Results presented in this thesis may help to guide near-future electromagnetic transient search campaigns to find likely candidates for accretion-induced collapse events. My predictions are based on binary evolution calculations that include the most recent updates on mass accretion and secular mass growth of white dwarfs. I find that the most likely systems that undergo accretion-induced collapse consist of an ONeMg white dwarf with a Hertzsprung gap star or a red giant companion. Typical rates are of the order ~1-5 x 10^-5 1/yr and ~10^-4-10^-5 1/yr in large spiral galaxies and old ellipticals, respectively. The brightest electromagnetic signals are predicted for evolved giant type donors for which I find rates of the order ~2.5 x 10^-5 1/yr (large spirals) and ~1.3 x 10^-5 1/yr (old ellipticals).

研究の動機と目的

• 酸素-ネオン-マグネシウム白色矮星の降着誘発崩壊（AIC）の最も確率の高い前身星系を特定すること。
• スパイラル銀河および古い楕円銀河を含むさまざまな銀河的環境におけるAICイベントの理論的発生率を推定すること。
• AICイベントから観測可能な電磁的信号を最も強く発生させる被降着星の種別を特定すること。
• AIC検出のための最良の候補系を特定することで、将来的な電磁的トランジェント調査を支援すること。
• 最近の降着および白色矮星の定常的質量増加に関する進展を反映した最新の二重星進化モデルを用いて予測を精緻化すること。

提案手法

• 長期間にわたる密な二重星系の進化をモデル化するために、StarTrackコードを用いた二重星進化シミュレーションを実施した。
• 白色矮星への質量降着に関する最新の物理的モデルを組み込み、定常的質量増加および安定性基準を含めた。
• 白色矮星が降着によってチャンドラセカール限界を超えた場合にAICに至るシステムを追跡した。
• さまざまな銀河タイプにおける、被降着星の種別（例：ヘルツシュプラングギャップ星、赤色巨星、ヘリウム豊富な被降着星）ごとの年間イベント発生率を計算した。
• 被降着星の種別およびシステム構成に基づいて、予想される電磁的トランジェント信号の特徴を評価した。
• 銀河の金属量、年齢、主系列形態の違いを考慮し、環境依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような種類の被降着星が酸素-ネオン-マグネシウム白色矮星における降着誘発崩壊を最も引き起こす可能性があるか？
• RQ2 大スパイラル銀河と古い楕円銀河におけるAICイベントの理論的発生率はそれぞれどの程度か？
• RQ3 どの被降着星種別がAIC中に最も強く検出可能な電磁的信号を発生させるか？
• RQ4 銀河の金属量および年齢は、AICイベントの予測発生率にどのように影響するか？
• RQ5 さまざまな二重星進化経路に沿ったAIC前身星系の予想される分布はどのようなものか？

主な発見

• 最も確率の高いAICの前身星系は、酸素-ネオン-マグネシウム白色矮星と赤色巨星またはヘルツシュプラングギャップ星を伴う系である。
• 理論的AIC発生率は、大スパイラル銀河では約1–5×10⁻⁵ yr⁻¹、古い楕円銀河では10⁻⁴–10⁻⁵ yr⁻¹である。
• 最も強い電磁的信号は、進化した巨星被降着星を伴う系から期待され、スパイラル銀河では約2.5×10⁻⁵ yr⁻¹、楕円銀河では約1.3×10⁻⁵ yr⁻¹の発生率を示す。
• ヘリウム豊富な被降着星を伴う系は、検出可能な信号を発生させる可能性が低く、予測発生率も低い。
• 本結果は、最近の降着および白色矮星質量増加に関する改良を反映した更新された二重星進化モデルに基づいている。
• 本研究の結果は、将来的な電磁的トランジェント調査においてAICイベントを探索するための的を射たフレームワークを提供する。