[论文解读] On the Evolution and Appearance of a Surviving Companion after a Type Ia Supernova Explosion

Philipp Podsiadlowski|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2003

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 15

一句话总结

本文模拟了在Ia型超新星双星系统中幸存的亚巨星伴星在超新星爆发后的演化过程，表明由于激波加热和质量剥离，其亮度会显著偏高或偏低。关键结果表明，在爆发后10³–10⁴年期间，亮度变化可达两个数量级，因此在历史遗迹中搜寻伴星需要更深入的观测。

ABSTRACT

One promising method to test progenitor models for Type Ia supernovae is to identify surviving companion stars in historical supernova remnants. A surviving companion will have been strongly affected by its interaction with the supernova ejecta. Here we systematically explore the evolution and appearance of a typical companion star that has been stripped and heated by the supernova interaction during the post-impact re-equilibration phase. We show that, depending on the amount of heating and the amount of mass stripped by the impact or the previous binary mass transfer, such a star may be significantly overluminous or underluminous 10^3 - 10^4 yr after the supernova relative to its pre-supernova luminosity (by up to two orders of magnitude) and discuss the implications of these results for the strategies to be employed in searches for such companions.

研究动机与目标

• 理解Ia型超新星爆发后幸存伴星的可观测演化过程。
• 评估激波加热和质量剥离如何影响伴星在重新平衡过程中的亮度和外观。
• 为在历史超新星遗迹中搜寻幸存伴星提供观测约束。
• 基于爆发后的亮度和演化 timescale，评估此类伴星的可探测性。
• 通过预测幸存伴星的预期外观和亮度范围，为识别前身系统提供信息支持。

提出的方法

• 利用详细的恒星演化模型，模拟超新星激波撞击后亚巨星伴星的热重新平衡过程。
• 改变沉积能量（5×10⁴⁵至3.5×10⁴⁶ erg）和剥离质量（0.03–0.8 M☉），以探索不同的加热和剥离情景。
• 计算爆发后10³–10⁴年内恒星亮度和赫罗图（H-R图）中位置的演化。
• 将结果与爆发前的亮度和演化状态进行比较，重点关注包层中热 timescale 的影响。
• 利用质量转移历史和吸积效率模型（Hachisu et al. 1999）定义代表U Sco型系统的初始条件。
• 分析其最终外观，包括表面重力、颜色和变异性，以评估可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Ia型超新星爆发后10³–10⁴年，激波加热和质量剥离如何影响幸存亚巨星伴星的亮度？
• RQ2 与爆发前状态相比，此类伴星的预期亮度范围是什么？
• RQ3 热 timescale 和包层质量如何影响伴星爆发后的演化和外观？
• RQ4 哪些观测特征（如颜色、星等、变异性）可使幸存伴星在超新星遗迹中被识别？
• RQ5 为在历史遗迹中实现此类伴星的可靠探测或非探测，需要达到怎样的星等极限？

主要发现

• 在爆发后10³–10⁴年，幸存伴星的亮度可能比其爆发前状态高出两个数量级，或显著偏低。
• 在最强加热情况下，伴星亮度可能仍偏低达10倍，外观类似低表面重力的主序星。
• 亮度演化主要受剩余包层热 timescale 的控制，该 timescale 取决于质量剥离程度和爆发前的质量转移。
• 若因内部膨胀和能量损失而显著冷却，该恒星可能表现为极度红、高度变异性亚巨星。
• 在爆发后10³年，伴星亮度可能低至~0.1 L☉，因此探测需达到此极限。
• 在爆发后10⁴年，探测要求亮度低至~0.01 L☉，远低于以往假设的水平。