[論文レビュー] A new type of stellar explosion

Hagai B. Perets, A. Gal‐Yam+25 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、銀河NGC 1032のハロー部に位置する明るさが弱く、質量が約0.3 M☉の低質量星の爆発であるSN 2005Eを提示する。高速な噴出物質はヘリウム燃焼生成物で支配されており、核合成的・分光的解析により、核心崩壊型や標準的Ia型の起源は排除され、白色矮星とヘリウム豊富な連星の組み合わせから生じる新種の爆発と特定された。この爆発は通常のカルシウムと44Tiを極めて多く生成し、長年の天文学的謎を解明する。

ABSTRACT

Supernovae (SNe) are thought to arise from two different physical processes. The cores of massive, short-lived stars undergo gravitational core collapse and typically eject a few solar masses during their explosion. These are thought to appear as as type Ib/c and II SNe, and are associated with young stellar populations. A type Ia SN is thought to arise from the thermonuclear detonation of a white dwarf star composed mainly of carbon and oxygen, whose mass approaches the Chandrasekhar limit. Such SNe are observed in both young and old stellar environments. Here we report our discovery of the faint type Ib SN 2005E in the halo of the nearby isolated galaxy, NGC 1032. The lack of any trace of recent star formation near the SN location (Fig. 1), and the very low derived ejected mass (~0.3 M_sun), argue strongly against a core-collapse origin for this event. Spectroscopic observations and the derived nucleosynthetic output show that the SN ejecta have high velocities and are dominated by helium-burning products, indicating that SN 2005E was neither a subluminous nor a regular SN Ia (Fig. 2). We have therefore found a new type of stellar explosion, arising from a low-mass, old stellar system, likely involving a binary with a primary white dwarf and a helium-rich secondary. The SN ejecta contain more calcium than observed in any known type of SN and likely additional large amounts of radioactive 44Ti. Such SNe may thus help resolve fundamental physical puzzles, extending from the composition of the primitive solar system and that of the oldest stars, to the Galactic production of positrons.

研究の動機と目的

• SN 2005Eの起源を、最近の星形成が見られない古く静穏な星のハロー部に位置する明るさが弱い超新星として調査すること。
• SN 2005Eが核心崩壊型か熱核反応型の爆発機構によって生じたものかどうかを特定すること。
• SN 2005Eの核合成的組成と噴出物質の性質を特定し、その爆発タイプを分類すること。
• SN 2005Eが銀河系の陽電子生成および原始系の太陽系および古代星の組成に与える影響を検討すること。
• 白色矮星とヘリウム豊富な同伴星を伴う低質量・古く静穏な星系から生じる新種の超新星クラスを確立すること。

提案手法

• SN 2005Eの分光観測を用いて、噴出物質の組成と速度構造を分析した。
• 光曲線モデリングと速度分散測定を用いて噴出質量を推定し、約0.3 M☉の値が得られた。
• スペクトル特徴から核合成生成物を導出し、酸素、ネオン、マグネシウムなどのヘリウム燃焼生成物が支配的であることが判明した。
• Ia型、Ib/c型、II型の既知の超新星タイプと比較したところ、噴出物質の組成と質量に基づき、標準的分類は排除された。
• 高エネルギー状態の高速・高イオン化線とエネルギー付加パターンから、放射性44Tiの存在が推定された。
• 二重星進化モデルを用いて、白色矮星がヘリウム豊富な同伴星から物質を降着し、新種の爆発機構を引き起こしたと解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2005Eは、星形成が最近ない静穏なハロー部に位置しているが、その起源は何か？
• RQ2 SN 2005Eはヘリウム燃焼生成物で支配されているが、既知のIa型や核心崩壊型超新星と比較して質量と組成が著しく異なるのはなぜか？
• RQ3 白色矮星とヘリウム豊富な同伴星を有する二重星系が、この爆発を生じる役割を果たすのはどのような仕組みか？
• RQ4 SN 2005Eはカルシウムと44Tiをどれほど生成し、銀河系の陽電子生成にどのような影響を与えるか？
• RQ5 SN 2005Eは、原始系の太陽系および最も古い星で観測された異常なカルシウムと44Tiの過剰な組成を説明できるか？

主な発見

• SN 2005Eの噴出質量は約0.3 M☉と極めて小さく、核心崩壊型や標準的Ia型超新星とは一致しない。
• 噴出物質は酸素、ネオン、マグネシウムなどのヘリウム燃焼生成物で支配されており、非標準的な爆発機構を示唆している。
• 分光的データは高速な噴出物質を示しており、準低輝度型または通常のIa型の起源を除外する。
• SN 2005Eは、既知のいかなる超新星タイプよりもカルシウムを多く生成しており、カルシウム豊富な宇宙間物質への寄与が大きいと考えられる。
• スペクトルエネルギー分布と崩壊特性から、大量の放射性44Tiが存在すると推定された。
• SN 2005Eは白色矮星とヘリウム豊富な同伴星を有する二重星系によって生じる新種の爆発クラスとして最も適切に説明され、既知のタイプとは明確に異なる。