[论文解读] Rapidly accreting white dwarfs as supernova type Ia progenitors

Kelly Lepo, M. H. van Kerkwijk|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 40被引用 13

一句话总结

本研究通过使用多目标光谱仪对小麦哲伦星云（SMC）中的紫外明亮、蓝色恒星进行观测，搜寻快速吸积白矮星（RAWDs）——潜在的Ia型超新星前身星。尽管未发现RAWD候选体，但该调查在乐观假设下设定了SMC中RAWD数量的上限为10–14，表明RAWD可能比预测更稀少，或在紫外波段并不显著呈蓝色，从而限制了当前巡天中的可探测性。

ABSTRACT

The nature of the progenitors of type Ia supernovae is still a mystery. While plausible candidates are known for both the single degenerate and double degenerate models, the observed numbers fall significantly short of what is required to reproduce the type Ia supernovae rate. Some of the most promising single-degenerate type Ia progenitors are recurrent novae and super-soft sources (SSS). White dwarfs with higher mass transfer rates can also be type Ia supernova progenitors. For these rapidly accreting white dwarfs (RAWD), more material than is needed for steady burning accretes on the white dwarf, and extends the white dwarf's photosphere. Unlike super-soft sources, such objects will likely not be detectable at soft X-ray energies, but will be bright at longer wavelengths, such as the far ultraviolet (UV). Possible examples include LMC N66 and the V Sagittae stars. We present a survey using multi-object spectrographs looking for RAWD in the central core of the SMC, from objects selected to be bright in the far UV and with blue far UV-V colors. While we find some unusual objects, and recover known planetary nebula and WR stars, we detect no candidate RAWD. The upper limits from this non-detection depending on our expectations of what a RAWD should look like, as well assumptions about the internal extinction of the SMC. Assuming they resemble LMC N66 or fainter versions of Wolf-Rayet stars we set an upper limit of 10-14 RAWD in the SMC. However, our survey is unlikely to detect objects like V Sge, and hence we cannot set meaningful upper limits if RAWD generally resemble these.

研究动机与目标

• 通过SMC中紫外明亮、蓝色恒星，识别快速吸积白矮星（RAWDs）作为潜在Ia型超新星前身星。
• 检验RAWD是否可通过紫外测光与光谱学探测，尽管其在软X射线波段不可见，而预期在远紫外波段明亮。
• 基于非探测结果，结合巡天灵敏度与消光效应，对SMC中RAWD的群体进行约束，设定上限。
• 评估在不同光谱能量分布与消光条件假设下，RAWD的可探测性。
• 评估RAWD是否与已知天体（如LMC N66或V Sge）相似，及其对当前巡天可观测性的影响。

提出的方法

• 利用AAT/AAOmega与VLT/FLAMES进行多目标光谱巡天，观测SMC中心区域的紫外明亮、蓝色恒星。
• 基于远紫外（m162）与V波段测光选择目标，重点关注具有蓝色m162−V颜色的热源，指示紫外明亮。
• 基于巡天灵敏度、视场与光纤定位，计算探测概率（p_det）与候选体选择概率（p_cand）。
• 在三种情景下建模RAWD可探测性：类暗淡沃尔夫-拉叶星、LMC N66或V蛇夫座（V Sge）；考虑不同消光与爆发状态。
• 使用泊松统计推导在不同源特征与内部消光假设下，SMC中RAWD数量的95%置信上限。
• 评估内部消光（EB−V）对可探测性的影响，尤其对V Sge这类高度变星的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用当前多目标光谱巡天，在SMC中通过紫外明亮、蓝色恒星探测到快速吸积白矮星（RAWDs）？
• RQ2 假设RAWD的光谱能量分布类似于LMC N66、V Sge或沃尔夫-拉叶星，其可探测性如何受紫外巡天影响？
• RQ3 在本次巡天未探测到RAWD的前提下，基于其亮度与消光的不同假设，SMC中RAWD数量的上限是多少？
• RQ4 为何超软源（SSS）不足以解释观测到的Ia型超新星速率？RAWD如何填补这一缺口？
• RQ5 哪些观测指标（如He II发射线）能更可靠地识别RAWD？为何当前基于紫外的巡天对这类源无效？

主要发现

• 在使用AAT/AAOmega与VLT/FLAMES对SMC进行的巡天中，未探测到任何快速吸积白矮星（RAWD），尽管目标为紫外明亮、蓝色恒星。
• 在最乐观假设下，即RAWD类似于暗淡沃尔夫-拉叶星且具有极蓝的m162−V颜色，SMC中RAWD数量的95%置信上限为10。
• 若RAWD类似于LMC N66，上限增至14，具体取决于消光与爆发状态，且消光越高，可探测性越低。
• 在最悲观情况下，即RAWD类似于V蛇夫座（V Sge），上限升至83，但由于探测概率极低，即使在理想条件下也无约束力。
• 由于UV亮度低且高度变异性，该巡天极不可能探测到类似V Sge的天体，表明当前基于紫外的巡天对这类源无效。
• 结果表明，RAWD可能比单简并前身星模型预测的更稀少，或大多数在紫外波段并不显著呈蓝色，从而限制了其在当前巡天中的可观测性。