[论文解读] On double-degenerate type Ia supernova progenitors as supersoft X-ray sources - A population synthesis analysis using SeBa

Mikkel Nielsen, G. Nelemans+2 more|Oct 8, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 34被引用 7

一句话总结

本研究使用SeBa双星演化合成代码，调查双简并星（DD）型Ia超新星前身星在质量转移期间是否能发射超软X射线。尽管假设条件较为乐观，但吸积的质量主要为氦，导致产生的超软X射线阶段极为短暂——仅持续数千年，因此在类似银河系的星系中，此类源的数量可忽略不计。

ABSTRACT

Context: The nature of the progenitors of type Ia supernova (SN) progenitors remains unclear. While it is usually agreed that single-degenerate progenitor systems would be luminous supersoft X-ray sources (SSSs), it was recently suggested that double-degenerate progenitors might also go through a SSS phase. Aims: We aim to examine the possibility of double-degenerate progenitor systems being SSSs, and place stringent upper limits on the maximally possible durations of any SSS phases and expected number of these systems in a galactic population. Method: We employ the binary population synthesis code SeBa to examine the mass-transfer characteristics of a possible SSS phase of double-degenerate type Ia SN progenitor systems for 1) the standard SeBa assumptions, and 2) an optimistic best-case scenario. The latter case establishes firm upper limits on the possible population of supersoft source double-degenerate type Ia SN progenitor systems. Results: Our results indicate that unlike what is expected for single-degenerate progenitor systems, the vast majority of the material accreted by either pure wind mass transfer or a combination of wind and RLOF mass transfer is helium rather than hydrogen. Even with extremely optimistic assumptions concerning the mass-transfer and retention efficiencies, the average mass accreted by systems that eventually become double-degenerate type Ia SNe is small. Consequently, the lengths of time that these systems may be SSSs are short, even under optimal conditions, and the expected number of such systems in a galactic population is negligible. Conclusions: The population of double-degenerate type Ia SN progenitors that are SSSs is at least an order of magnitude smaller than the population of single-degenerate progenitors expected to be SSSs, and the supersoft X-ray behaviour of double-degenerate systems typically ceases long before the SN explosions.

研究动机与目标

• 评估双简并星型Ia超新星前身星系统在其演化过程中是否可能成为超软X射线源。
• 在标准与乐观假设下，确定DD系统中任何超软X射线阶段可能持续的最长时间。
• 估算在类似银河系的星系中，此类超软X射线源的预期数量。
• 将DD前身星产生的超软X射线源预测数量与单简并星系统的数量进行比较。
• 评估邻近星系中超软X射线源的观测缺失是否削弱了双简并星前身星模型的合理性。

提出的方法

• 使用SeBa双星演化合成代码，模拟50万组双星系统，其初始质量分布代表星族特征。
• 开展两种情形分析：(1) SeBa标准假设下的质量转移与保留效率；(2) 乐观情形下风质量转移效率为25%，保留效率为100%。
• 假设氢或氦吸积所需速率下稳定燃烧，计算吸积质量与预期的超软X射线阶段持续时间。
• 聚焦于仅通过风吸积以及风与洛希瓣溢出（RLOF）共同作用的系统。
• 采用稳定燃烧光度标准，定义每种吸积模式下超软X射线阶段的持续时间。
• 将阶段持续时间与吸积率转换为在星系群体中可观测的超软X射线源的预期数量。

实验结果

研究问题

• RQ1 双简并星型Ia超新星前身星系统在其演化过程中是否能发射超软X射线？
• RQ2 在乐观假设下，DD前身星系统中超软X射线阶段的最长时间可能为多少？
• RQ3 在任意给定时刻，一个类似银河系的星系中预计存在多少个此类超软X射线源？
• RQ4 邻近星系中超软X射线源的观测缺失是否可排除双简并星前身星模型？
• RQ5 吸积物质成分（氢与氦）如何影响DD系统中超软X射线发射的可能性与持续时间？

主要发现

• 在标准SeBa假设下，DD前身星系统中无质量通过风吸积，因此不会产生超软X射线辐射。
• 即使在乐观假设下，通过纯风吸积的平均质量仍可忽略不计，导致超软X射线阶段仅持续数千年的短暂时期。
• 在风吸积与RLOF吸积两种模式下，大部分吸积物质均为氦而非氢，这限制了光度与阶段持续时间。
• 对于RLOF吸积系统，超软X射线阶段可长达10^4–10^5年，但仍远短于单简并星系统的典型持续时间。
• 在类似银河系的星系中，从原DD前身星产生的可观测超软X射线源预期数量少于10个，表明其群体可忽略不计。
• DD前身星产生的超软X射线源群体规模至少比单简并星系统小一个数量级，且X射线阶段通常在超新星爆发前很久便已结束。