[论文解读] Progenitors of the Accretion-Induced Collapse of White Dwarfs

Damian Kwiatkowski|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文利用更新的双星演化模型，提出了可能经历氧-氖-镁白矮星吸积诱导坍缩（AIC）的双星系统的理论速率与物理特性。研究发现，AIC最可能发生在具有红巨星或赫罗图次序星（Hertzsprung gap）伴星的系统中，螺旋星系中的峰值速率为约2.5×10⁻⁵ yr⁻¹，而老年椭圆星系中的速率为约1.3×10⁻⁵ yr⁻¹，可产生潜在可探测的电磁暂现源。

ABSTRACT

Recent calculations of accretion-induced collapse of an oxygen-neon-magnesium white dwarf into a neutron star [Piro & Thompson 2014] allow for a potentially detectable transient electromagnetic signal. Motivated by these results, I present theoretical rates and physical properties of binary stars that can produce accretion-induced collapse. The rates are presented for various types of host galaxies (e.g. old ellipticals versus spirals) and are differentiated by the donor star type (e.g. large giant star versus compact helium-rich donor). Results presented in this thesis may help to guide near-future electromagnetic transient search campaigns to find likely candidates for accretion-induced collapse events. My predictions are based on binary evolution calculations that include the most recent updates on mass accretion and secular mass growth of white dwarfs. I find that the most likely systems that undergo accretion-induced collapse consist of an ONeMg white dwarf with a Hertzsprung gap star or a red giant companion. Typical rates are of the order ~1-5 x 10^-5 1/yr and ~10^-4-10^-5 1/yr in large spiral galaxies and old ellipticals, respectively. The brightest electromagnetic signals are predicted for evolved giant type donors for which I find rates of the order ~2.5 x 10^-5 1/yr (large spirals) and ~1.3 x 10^-5 1/yr (old ellipticals).

研究动机与目标

• 识别氧-氖-镁白矮星吸积诱导坍缩（AIC）最可能的前身体系统。
• 估算不同星系环境（包括螺旋星系和老年椭圆星系）中AIC事件的理论发生率。
• 确定哪些类型的伴星能产生AIC事件中最强的可观测电磁信号。
• 通过识别最有可能被探测到的AIC候选系统，为未来电磁暂现源巡天提供指导。
• 利用包含近期质量吸积与白矮星长期质量增长进展的更新双星演化模型，优化预测结果。

提出的方法

• 采用StarTrack代码进行双星演化模拟，以模拟密近双星系统的长期演化。
• 整合了白矮星质量吸积的最新物理模型，包括长期质量增长与稳定性判据。
• 追踪因吸积导致氧-氖-镁白矮星质量超过钱德拉塞卡极限而引发AIC的系统。
• 计算不同伴星类型（如赫罗图次序星、红巨星、富氦伴星）在各类星系中的年发生率。
• 基于伴星类型与系统构型，评估预期的电磁暂现源特征。
• 按星系金属丰度、年龄与宿主星系形态对结果进行区分，以评估环境依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些类型的伴星最可能触发氧-氖-镁白矮星的吸积诱导坍缩？
• RQ2 在大型螺旋星系与老年椭圆星系中，AIC事件的理论发生率分别是多少？
• RQ3 哪些伴星类型在AIC过程中会产生最强的可探测电磁信号？
• RQ4 星系金属丰度与年龄如何影响AIC事件的预测发生率？
• RQ5 AIC前身体系统的预测分布在不同双星演化路径上如何分布？

主要发现

• 最可能的AIC前身体是氧-氖-镁白矮星与红巨星或赫罗图次序星伴星组成的系统。
• 理论AIC发生率在大型螺旋星系中约为1–5×10⁻⁵ yr⁻¹，在老年椭圆星系中为10⁻⁴–10⁻⁵ yr⁻¹。
• 最强电磁信号预期来自具有演化巨星伴星的系统，螺旋星系中速率为约2.5×10⁻⁵ yr⁻¹，椭圆星系中为约1.3×10⁻⁵ yr⁻¹。
• 富氦伴星系统产生可探测信号的可能性较低，预测发生率也较低。
• 结果基于包含近期质量吸积与白矮星质量增长改进的更新双星演化模型。
• 研究结果为未来电磁暂现源巡天提供了有针对性的框架，用于搜寻AIC事件。