[论文解读] 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 12

一句话总结

本文提出，IIn型超新星2010mc在爆发前的喷发（PEO）是由主星核心波引起的膨胀触发的，其能量来源于大质量O型主序星伴星的吸积。该模型通过吸积驱动喷流与周围星周物质相互作用，解释了约10^48 erg的喷发能量、约2000 km/s的双极喷流以及5.8天时的红移Hα峰值。

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.

研究动机与目标

• 解释SN 2010mc在核心塌缩前约1个月发生的、释放约10^48 erg能量的高能短时预爆发喷发（PEO）
• 通过提出双星相互作用机制作为PEO的主要能量来源，挑战单星多孔大气模型（Shaviv, 2000）
• 解释爆炸后5.8天观测到的红移Hα峰值以及较早喷出的较慢速星周物质的存在
• 在统一的双星相互作用框架下，将SN 2010mc的PEO与其它中等光学亮度暂现源（ILOTs），如V838 Mon和η Carinae联系起来
• 提出双星伴星——特别是大质量主序星——在驱动IIn型超新星预爆发质量流失中起着根本性作用

提出的方法

• 提出主星在氧燃烧阶段的核对流激发向外传播的波，导致爆炸前数月内包层快速膨胀
• 将膨胀建模为触发主星向近距离、大质量O型主序星伴星（M2 ≈ 20 M☉，R2 ≈ 6 R☉）快速质量转移
• 计算表明，向次星吸积约M_acc ≈ 0.1 M☉可释放约10^48 erg能量，与观测到的PEO能量一致
• 将高速喷流（v_ej ≈ 2000 km/s）归因于次星吸积盘喷出的双极喷流，与η Carinae中喷流驱动星云（如Homunculus）一致
• 利用双星模型解释5.8天后红移Hα峰值是超新星喷发物与吸积驱动喷流产生的致密非对称星周物质相互作用的结果
• 将PEO与其它ILOTs（如V838 Mon、SN 2008S、η Car的“大爆发”）进行比较，主张其共同起源为双星质量转移或合并过程

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么机制驱动了SN 2010mc在核心塌缩前约1个月发生的约10^48 erg预爆发喷发？
• RQ2 大质量O型伴星的吸积是否能解释PEO的观测能量、 timescale 和动力学特征？
• RQ3 如何通过星周介质结构与喷发物相互作用来解释爆炸后5.8天的红移Hα峰值？
• RQ4 双星相互作用在驱动IIn型超新星预爆发质量流失中扮演何种角色，尤其与单星模型相比？
• RQ5 SN 2010mc的PEO与其他ILOTs（如V838 Mon、η Car）在多大程度上共享由双星诱导吸积或合并事件引起的共同起源？

主要发现

• SN 2010mc的PEO，总能量约10^48 erg，持续时间约1个月，最合理的解释是约0.1 M☉物质吸积到大质量O型主序星伴星上
• 主星包层因氧燃烧阶段核心波的能量泄漏而快速膨胀，触发物质向次星转移
• 高速喷流（v_ej ≈ 2000 km/s）归因于次星吸积盘喷出的双极喷流
• 爆炸后5.8天的红移Hα峰值是SN喷发物与吸积驱动喷流产生的致密、高速运动的非对称星周物质相互作用的结果
• 该模型解释了较慢、更早喷出的星周物质的存在，这些物质位于更外侧，与PEO前的质量流失一致
• 双星模型为理解多种ILOTs（包括V838 Mon、η Car的“大爆发”以及SN 2009ip的喷发）提供了统一框架，其能量来源归因于双星相互作用，特别是吸积或合并过程