[论文解读] The energy source of intermediate luminosity optical transients

Noam Soker, Amit Kashi|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 4被引用 10

一句话总结

该论文提出，中等光度光学暂现源（ILOTs）的能量来源于质量吸积或并合至主序星时释放的引力能。论文推导了ILOTs的典型能量与基本常数及点火温度的关系，解释了其光度介于新星与超新星之间的原因，并通过吸积的黏滞 timescale 约束设定了光度上限。

ABSTRACT

We argue that transient systems with luminosity between novae and supernovae (SNe) are powered by gravitational energy of mass accreted onto, or a companion merges with, a main-sequence star. These transient events are termed Intermediate-Luminosity Optical Transients (ILOTs; other terms in use are Intermediate-Luminosity Red Transients and Red Novae). We show that despite the wide range of 10^{45}-10^{50} erg, the typical energy released by ILOTs can be expressed as a function of fundamental variables: the planck constant, speed of light, gravitational constant, electron mass, neutron mass, and ignition temperature of hydrogen. This expression explains why ILOTs are located between SNe and novae with respect to their total energy. We also put an upper limit on the power (luminosity) of ILOTs, which explains their lower luminosity than SNe.

研究动机与目标

• 确定介于新星与超新星之间光度的中等光度光学暂现源（ILOTs）的根本能量来源。
• 解释为何ILOTs的能量范围为10^45–10^50 erg，介于新星与超新星之间。
• 基于双星系统中黏滞吸积 timescale，推导ILOTs光度的理论上限。
• 将ILOTs、新星与超新星统一于同一引力能释放框架下，即吸积或并合过程。

提出的方法

• 提出ILOTs的能量来源于质量吸积至或并合至主序星的引力能，使用引力势能公式 $ E = \frac{GM_{\text{acc}}}{R} $。
• 推导总可用能量作为基本常数的函数：$ F_I(\bar{h}, c, G, m_e, m_N, kT_i) $，将能量尺度与氢点火温度关联。
• 利用黏滞 timescale $ t_{\text{visc}} \backsimeq 73 \times (\text{parameters}) $ 约束吸积率，从而确定最大光度。
• 应用引力功率的上限：$ L_{\text{max}} \backsimeq 7.7 \times 10^{41} \times (\text{scaling factors}) $ erg s⁻¹，该结果由 $ L_G = \frac{GM_a \tilde{M}_a}{R_a} $ 与黏滞 timescale 推导得出。
• 在能量-时间图（ETD）上绘制观测到的ILOTs，显示其位于由黏滞吸积极限界定的“光学暂现条带”（OTS）内。
• 将ILOTs与新星和超新星进行比较，表明其能量尺度源于相同的物理原理，但质量与势能尺度不同。

实验结果

研究问题

• RQ1 介于新星与超新星之间的中等光度光学暂现源（ILOTs）的根本能量来源是什么？
• RQ2 为何ILOTs的能量范围为 $ 10^{45} $–$ 10^{50} $ erg，介于新星与超新星之间？
• RQ3 什么限制了ILOTs的最大光度，使其无法达到超新星水平？
• RQ4 ILOTs的能量输出能否表示为基本物理常数与点火温度的函数？
• RQ5 吸积盘中的黏滞 timescale 如何约束ILOT爆发的持续时间与光度？

主要发现

• ILOTs的总能量由吸积或并合产生的引力能解释，表达为 $ F_I(\bar{h}, c, G, m_e, m_N, kT_i) $，将它们的光度与基本常数关联。
• ILOTs的典型能量源于主序星表面的引力势能，按吸积物质的质量进行缩放。
• ILOTs的光度上限由吸积盘的黏滞 timescale 决定，得出 $ L_{\text{max}} \backsimeq 7.7 \times 10^{41} \times (\text{scaling factors}) $ erg s⁻¹。
• 对于类似V838 Mon的系统，黏滞 timescale $ t_{\text{visc}} \backsimeq 160 \times t_K $ 暗示了吸积的最小 timescale，从而限制了峰值光度。
• ILOTs位于能量-时间图的“光学暂现条带”（OTS）内，其上界由黏滞吸积极限界定，下界由低质量或低效率事件界定。
• 该模型解释了为何ILOTs并非异质群体，而是共享同一引擎：主序星吸积产生的引力能。