[论文解读] Recurrent novae as progenitors of Type Ia supernovae

Mariko Kato, Izumi Hachisu|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文提出，由于白矮星（WD）吸积质量并接近或超过钱德拉塞卡极限，因此再发新星，特别是像U Scorpii和V407 Cygni这样的共生系统，是Ia型超新星的可行前身体。利用更新的消光系数模型和光学厚风理论，作者表明这些系统可在不发生共包层喷射的情况下维持质量增长，从而解释快速新星光变曲线以及与MMRD关系的偏离，作为超钱德拉塞卡质量白矮星的证据。

ABSTRACT

Recurrent novae are binaries harboring a very massive white dwarf (WD), as massive as the Chandrasekhar mass, because of their short recurrence periods of nova outbursts of 10-100 years. Thus, recurrent novae are considered as candidates of progenitors of Type Ia supernovae (SNe Ia). In fact, the SN Ia PTF11kx showed evidence that its progenitor is a symbiotic recurrent nova. The binary parameters of recurrent novae have been well determined, especially for the ones with frequent outbursts, U Sco and RS Oph, which provide useful information on the elementary processes in binary evolution toward SNe Ia. Therefore we use them as testbeds for binary evolution models. For example, the original double degenerate (DD) scenario cannot reproduce RS Oph type recurrent novae, whereas the new single degenerate (SD) scenario proposed by Hachisu et al. (1999) naturally can. We review main differences between the SD and DD scenarios, especially for their basic processes of binary evolution. We also discuss observational support for each physical process. The original DD scenario is based on the physics in 1980s, whereas the SD scenario on more recent physics including the new opacity, mass-growth efficiency of WDs, and optically thick winds developed in nova outbursts.

研究动机与目标

• 评估具有短周期的再发新星作为Ia型超新星（SNe Ia）前身体的可能性，特别是那些周期在10至100年之间的系统。
• 通过提出包含光学厚风的修订版单星双星（SD）模型，解决传统双星双星（DD）模型中的不一致问题。
• 将观测到的新星光变曲线及与MMRD关系的偏离解释为超钱德拉塞卡质量白矮星的指标。
• 检验吸积风演化情景在稳定质量转移并促使白矮星向爆炸状态增长方面的可行性。
• 评估来自U Sco、V407 Cyg和V445 Pup等系统的观测证据，以判断其白矮星是否正接近钱德拉塞卡极限。

提出的方法

• 利用更新的OPAL消光系数表来模拟新星爆发期间的能量传输和风加速过程。
• 应用光学厚风理论来模拟包层喷射动力学，解释短新星时标，而无需依赖高白矮星质量或动力摩擦。
• 使用质量吸积率和风喷射率来建模再发新星（如U Sco、V407 Cyg、V445 Pup）的光学光变曲线，以推断白矮星质量。
• 将观测到的光变曲线形状和峰值星等与理论预测进行比较，以识别与MMRD关系的偏离。
• 分析双星参数和轨道周期，以评估其与已知双星演化路径的一致性。
• 评估受辐照的吸积盘在快速新星中产生平台阶段的作用，如在RS Oph和V407 Cyg中所见。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有短周期（10–100年）的再发新星是否能容纳白矮星质量增长至或超过钱德拉塞卡质量？
• RQ2 为何一些再发新星（如U Scorpii和V407 Cygni）的光学光变曲线与MMRD关系存在显著偏离？
• RQ3 在新星模型中引入光学厚风如何解决原始双星双星模型的局限性？
• RQ4 哪些观测特征可表明再发新星系统中白矮星具有超钱德拉塞卡质量？
• RQ5 吸积风演化情景能否解释质量转移的稳定性以及再发新星系统中不存在共包层阶段的现象？

主要发现

• U Scorpii中的白矮星质量接近或超过1.4 M☉，其极快的新星衰减和MV,max = -7.5的峰值星等表明其比MMRD关系预测值暗3.0等，支持该结论。
• V407 Cygni的光学光变曲线（快速早期衰减与平台阶段）最符合一个质量较大的白矮星（与U Sco类似）和受辐照的吸积盘模型，其峰值绝对星等为MV,max = -6.6。
• V445 Pup的氦新星白矮星质量≥1.35 M☉，轨道周期为0.65天，表明其正朝着超过钱德拉塞卡极限演化，且未发生爆燃。
• 与MMRD关系的偏离≥2.5等（如U Sco：3.0等，V407 Cyg：3.0等）是超钱德拉塞卡质量白矮星的有力指标，除非距离估计存在错误。
• 吸积风演化模型成功再现了快速新星的光变曲线，并解释了质量转移的稳定性，且无需发生共包层喷射。
• V445 Pup和V407 Cyg的喷射物中富含重元素，表明核心物质被上翻，暗示每次新星爆发后白矮星质量增加，支持其长期向Ia型超新星爆炸增长的演化路径。