[论文解读] SNR G292.0+1.8: A Remnant of a Low-Mass Progenitor Stripped-Envelope Supernova

Tea Temim, Patrick Slane+6 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 89被引用 16

一句话总结

本研究通过SNR G292.0+1.8的流体动力学模拟表明，反向激波很可能已与脉冲星风星云（PWN）发生碰撞，要求总抛射物质质量≤3 M⊙，暗示反向激波内部冷抛射物质极少。观测到的富含氧-氖-镁的抛射物及其元素丰度比最符合低质量（12–16 M⊙）的前身星经历双星诱导质量损失，形成包层剥离型超新星；而脉冲星的高速运动（~600 km s−1）则表明其具有显著的原初反冲速度。

ABSTRACT

We present a study of the Galactic supernova remnant (SNR) G292.0+1.8, a classic example of a core-collapse SNR that contains oxygen-rich ejecta, circumstellar material, a rapidly moving pulsar, and a pulsar wind nebula (PWN). We use hydrodynamic simulations of the remnant evolution to show that the SNR reverse shock is interacting with the PWN and has most likely shocked the majority of supernova ejecta. In our models, such a scenario requires a total ejecta mass of $\lesssim 3\: m M_{\odot}$ and implies that there is no significant quantity of cold ejecta in the interior of the reverse shock. In light of these results, we compare the estimated elemental masses and abundance ratios in the reverse-shocked ejecta to nucleosynthesis models and find that they are consistent with a progenitor star with an initial mass of 12-16 $\: m M_{\odot}$. We conclude that the progenitor of G292.0+1.8 was likely a relatively low mass star that experienced significant mass loss through a binary interaction and would have produced a stripped-envelope supernova explosion. We also argue that the region known as the "spur" in G292.0+1.8 arises as a result of the pulsar's motion through the supernova ejecta and that its dynamical properties may suggest a line-of-sight component to the pulsar's velocity, leading to a total space velocity of $\sim 600\: m km\:s^{-1}$ and implying a significant natal kick. Finally, we discuss binary mass loss scenarios relevant to G292.0+1.8 and their implications for the binary companion properties and future searches.

研究动机与目标

• 利用观测约束和模拟，确定银河系超新星遗迹G292.0+1.8的前身星质量与爆发类型。
• 解决观测到的抛射物丰度与大质量单星模型预期产额之间的矛盾。
• 研究光学/红外“细长结构”区域的成因及其与脉冲星运动的动力学关联。
• 通过PWN-激波相互作用形态，约束脉冲星的空间速度与原初反冲速度大小。
• 识别与G292.0+1.8观测特性一致的可行双星伴星情景，并为未来搜寻提供指导。

提出的方法

• 采用一维和二维流体动力学（HD）模拟，研究SNR和PWN的演化，包含脉冲星在抛射物中的运动。
• 追踪反向激波的传播及其与PWN的相互作用，利用观测到的PWN形态约束模型参数。
• 通过钱德拉X射线观测推导抛射物质量和元素丰度比，并与核心塌缩模型的核合成产额进行比较。
• 假设‘细长结构’区域由沿脉冲星轨迹的激波压缩抛射物形成，从该结构的运动学特征推断脉冲星的速度矢量。
• 利用双星演化模型评估通过洛希瓣溢出或共用包层抛射发生质量转移的可能性，预测伴星特性与抛射速度。
• 通过结合从细长结构速度结构推断的横向速度与视线速度分量，估算脉冲星的总空间速度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在观测到的抛射物成分与激波相互作用形态条件下，SNR G292.0+1.8的前身星质量是多少？
• RQ2 反向激波与PWN的相互作用如何约束总抛射物质量及爆发时间？
• RQ3 G292.0+1.8中光学与红外‘细长结构’区域的成因是什么？能否与脉冲星在抛射物中的运动相关联？
• RQ4 中子星的总空间速度是多少？其对原初反冲速度与双星历史有何启示？
• RQ5 最可能的前身星双星伴星情景是什么？如何从观测上进行搜寻？

主要发现

• 反向激波很可能已与PWN的整个表面发生碰撞，要求总抛射物质量≤3 M⊙，暗示反向激波内部冷抛射物极少。
• 观测到的元素质量与丰度比（O、Ne、Mg）最符合零龄主序（ZAMS）前身星质量为12–16 M⊙的模型，表明为低质量、包层剥离型超新星。
• 东南方向的‘细长结构’区域可能由沿脉冲星轨迹的激波压缩抛射物形成，其视线速度分量约为~360 km s−1。
• 脉冲星的总空间速度估计为~600 km s−1，表明其具有显著的原初反冲速度，与超剥离前身星的三维中微子驱动核心塌缩模型一致。
• 前身星最可能通过洛希瓣溢出经历双星质量转移，形成一颗主序伴星，其被抛射时速度较低（~几km s−1），难以探测。
• 该系统有56%的概率存在双星伴星，未来搜寻应聚焦于脉冲星当前位置周围、基于预期抛射速度与爆发至今时间所确定的半径范围。