[论文解读] Common Powering Mechanism of Intermediate Luminosity Optical Transients and Luminous Blue Variables

Amit Kashi, Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 25

一句话总结

该论文提出了一种中间光度光学暂现源（ILOTs）和大质量明亮蓝变星（LBV）爆发的共同能源机制：通过双星系统中快速质量转移或合并，在短时间内释放引力能。利用能量-时间图（ETD），论文表明ILOTs和LBVs占据光学暂现条带（OTS），高吸积率（~1 M☉ yr⁻¹）解释了该区域的上界能量；该模型解释了M31 RV爆发后蓝移演化现象，并否定了M85 OT2006为新星的可能性。

ABSTRACT

We study recent Intermediate Luminosity Optical Transients (ILOTs) and major eruptions of Luminous Blue Variables (LBVs), and strengthen claims for a similar mechanism powering both. This process is a short duration release of gravitational energy in a binary system. In some ILOTs a merger occurs and one of the stars does not survive the transient event, e.g., V838 Mon and V1309 Sco. In some transient events a rapid and short mass transfer process takes place and the two stars survive the transient event, e.g., the Great Eruption of Eta Carinae. We study new ILOTs and reanalyze known ones in light of new observations and models. We reach our conclusion by analyzing these ILOTs using the Energy-Time Diagram (ETD) where we plot the total energy of the eruption against its eruption timescale. ILOTs and major LBV eruptions occupy the Optical Transient Stripe (OTS) in the ETD. The upper boundary of the stripe is explained by our proposed model where a main sequence (or a slightly off-main sequence) star accretes at a very high rate (

研究动机与目标

• 统一中间光度光学暂现源（ILOTs）和大质量明亮蓝变星（LBV）爆发的物理起源。
• 解决在新星与超新星之间暂现源缺乏一致能源机制的问题。
• 证明ILOTs和LBV爆发在能量-时间图（ETD）中占据同一区域，即光学暂现条带（OTS）。
• 反驳M85 OT2006为新星的说法，表明其能量输出甚至超过极端新星的极限。
• 通过爆发后吸积盘的形成，解释M31 RV在爆发数年后出现的蓝移演化现象。

提出的方法

• 通过绘制总爆发能量与衰减 timescale 的关系，构建能量-时间图（ETD），以比较ILOTs和LBVs。
• 使用吸积能量公式 $ E_{\text{acc}} \approx \eta \frac{GM_{\text{acc}} \dot{M}}{R} $，模拟主序星上以高吸积率（$ \lesssim 1~\mathrm{M_\odot~yr^{-1}} $）吸积时的能量释放。
• 应用条件 $ \dot{M} \lesssim 0.1 M_\odot $ yr⁻¹，将OTS的上界光度定为 $ \sim 10^{42}~\mathrm{erg~s^{-1}} $。
• 模拟爆发壳层在 $ \sim 1~\mathrm{yr} $ 内光学变薄，使中心吸积盘得以可见。
• 利用回落物质的高比角动量，预测稳定吸积盘的形成及高温辐射（$ \sim 5000{-}50000~\mathrm{K} $）。
• 通过时间重标定比较ILOTs和LBVs的光曲线，确认其形状相似，支持共同机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 ILOTs与大质量LBV爆发是否具有共同的能源机制？
• RQ2 能量-时间图（ETD）能否用于统一ILOTs与LBVs的能量输出特征？
• RQ3 为何某些ILOTs（如M31 RV）在爆发数年后出现蓝移演化？
• RQ4 M85 OT2006是否符合新星爆发的特征，还是其能量输出已超出新星极限？
• RQ5 何种物理条件可使吸积盘在爆发后形成并变得可观测？

主要发现

• ILOTs与大质量LBV爆发在能量-时间图中占据光学暂现条带（OTS），表明其具有共同的物理起源。
• OTS的上界由主序星上吸积率 $ \lesssim 1~\mathrm{M_\circ~yr^{-1}} $ 解释，对应最大光度为 $ \sim 10^{42}~\mathrm{erg~s^{-1}} $。
• NGC 3432 OT表现出两次爆发——一次微弱，一次剧烈——在OTs中弥合了ILOTs与LBVs之间的差距。
• M85 OT2006不可能是新星，即使是最极端的新星，其总能量（$ \sim 10^{48}~\mathrm{erg} $）也超出新星极限一个数量级。
• M31 RV在爆发数年后出现的蓝移演化，可由壳层在 $ \sim 1~\mathrm{yr} $ 内光学变薄后形成高温吸积盘（$ \sim 5000{-}50000~\mathrm{K} $）来解释。
• 爆发后膨胀包层的回落导致物质形成稳定吸积盘，其高比角动量确保了盘的稳定性。