[论文解读] A Neutron Star-driven XRF associated with SN 2006aj

P. A. Mazzali, Jinsong Deng+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本文提出，SN 2006aj 的能量来源是磁星——一种快速旋转、高度磁化的中子星，而非黑洞，从而解释了其微弱、软的X射线闪光（XRF）以及低能、Ic/d型超新星的特性。该模型将亮度较低和氧线较弱的原因归因于质量较小的前身星（约20 M☉），与形成黑洞的更剧烈的伽马射线暴/超新星（GRB/SNe）形成对比。

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.

研究动机与目标

• 解释 SN 2006aj/GRB060218 的异常特性，其与典型长伽马射线暴/超新星（GRB/SNe）不同之处在于更暗淡、更软。
• 研究为何 SN 2006aj 的氧线较弱且爆发能量较低，与其它伽马射线暴相关超新星相比。
• 检验中子星而非黑洞是否可作为该事件的中心引擎。
• 探讨磁星在驱动X射线闪光（XRFs）并将其与低能超新星联系起来的作用。

提出的方法

• 将前身星建模为低质量、致密的天体（约20 M☉），其坍缩形成中子星而非黑洞。
• 将快速旋转、高度磁化的中子星（磁星）的能源输出作为XRF和超新星辐射的主要能量来源。
• 利用磁星自转衰减光度的理论约束，匹配 SN 2006aj 的观测X射线和光学光变曲线。
• 将模型对爆发能量、抛射质量及光谱特征（尤其是弱氧线）的预测与观测数据进行比较。
• 评估磁星模型与该事件被归类为XRF及其Ic/d型超新星的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 磁星中心引擎能否解释与 SN 2006aj 相关的 GRB060218 所观测到的微弱、软X射线闪光（XRF）？
• RQ2 为何 SN 2006aj 的爆发能量显著更低且氧线更弱，与其它 GRB/SNe 相比？
• RQ3 为使该事件形成中子星而非黑洞，所需的前身星质量和演化历史为何？
• RQ4 磁星模型如何解释 SN 2006aj 的观测光变曲线和光谱特征？
• RQ5 磁星驱动的XRF与后期可能产生短伽马射线暴的潜力之间有何关联？

主要发现

• SN 2006aj 的前身星质量低于典型 GRB/SNe，通常与约40 M☉ 的恒星相关，而其前身星质量约为20 M☉。
• 形成中子星而非黑洞与 SN 2006aj 观测到的低爆发能量和弱氧线一致。
• 快速旋转、高度磁化的中子星（磁星）可通过自转衰减能量释放驱动XRF，从而解释其软、微弱的伽马射线暴辐射。
• 该模型成功解释了 SN 2006aj 的暗淡性及其光谱特征，包括其被归类为 Ic/d 型。
• 磁星模型暗示了一种可能的演化路径：此类中子星可能在后期产生短伽马射线暴。