[論文レビュー] A unique core-collapse supernova in an elliptical galaxy

Koji S. Kawabata, Keiichi Maeda+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、楕円銀河に存在する明るさが弱く、急速に消えるヘリウム豊富な超新星 SN 2005cz が、低質量の前身星（8–12 M☉）のコアコリジョン的爆発であると提案している。この前身星は二重星相互作用によって水素エンvelopeを失った。前身星の薄い酸素およびケイ酸塩を豊富に含む層は、56Ni や酸素の噴出物が最小限に抑えられ、弱い発光線および明るさが弱い光曲線を説明するものであり、これにより宿主銀河における最近の星形成と整合的である。

ABSTRACT

The unusual helium-rich (type Ib) supernova SN 2005E is distinguished from any supernova hitherto observed by its faint and rapidly fading light curve, prominent calcium lines in late-phase spectra and lack of any mark of recent star formation near the supernova location. These properties are claimed to be explained by a helium detonation in a thin surface layer of an accreting white dwarf (Perets et al. 2010). Here we report on observations of SN 2005cz appeared in an elliptical galaxy, whose observed properties resemble those of SN 2005E in that it is helium-rich and unusually faint, fades rapidly, shows much weaker oxygen emission lines than those of calcium in the well-evolved spectrum. We argue that these properties are best explained by a core-collapse supernova at the low-mass end ($8-12 M_{\odot}$) of the range of massive stars that explode (Smartt 2009). Such a low mass progenitor had lost its hydrogen-rich envelope through binary interaction, having very thin oxygen-rich and silicon-rich layers above the collapsing core, thus ejecting a very small amount of radioactive $^{56}$Ni and oxygen. Although the host galaxy NGC 4589 is an elliptical, some studies have revealed evidence of recent star-formation activity (Zhang et al. 2008), consistent with the core-collapse scenario.

研究の動機と目的

• SN 2005cz の特異な性質、すなわち明るさが弱く、急速に消えるヘリウム豊富な超新星が、楕円銀河に存在する理由を説明すること。
• 宿主銀河の楕円形の形状とコアコリジョン的超新星の存在という矛盾を解消すること。
• 観測されたスペクトル的および光曲線的特徴と整合する前身星の質量および進化歴を特定すること。
• 宿主銀河における最近の星形成がコアコリジョン的状況を支持するかどうかを評価すること。

提案手法

• NGC 4589 に存在する SN 2005cz の光学的光曲線および遅発スペクトルの分析。
• 特に弱い酸素線と強いカルシウム線を観測したスペクトル特徴を、コアコリジョン的超新星の理論モデルと比較すること。
• 二重星相互作用による水素の喪失および薄い酸素・ケイ酸塩層の形成を説明する前身星進化のモデル化。
• 光曲線の減衰率から 56Ni の質量を推定し、低質量星のコアコリジョン的モデルと比較すること。
• 宿主銀河のデータ、特に最近の星形成の指標を用いて、前身星の年齢および環境を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2005cz の明るさが弱く、急速に消える光曲線を生じたメカニズムは何か？
• RQ2 SN 2005cz がスペクトルで強いカルシウム線を示す一方で、弱い酸素発光線を示すのはなぜか？
• RQ3 通常は星形成が静穏であるとされる楕円銀河に、どうしてコアコリジョン的超新星が発生できるのか？
• RQ4 観測された性質を最もよく説明する前身星の質量および進化歴は何か？

主な発見

• SN 2005cz は、二重星相互作用によって水素エンvelopeを失った低質量の前身星（8–12 M☉）のコアコリジョン的爆発として最もよく説明される。
• 前身星の薄い酸素およびケイ酸塩を豊富に含む層は、56Ni や酸素の噴出物が最小限に抑えられ、明るさが弱い光曲線および弱い酸素発光と整合的である。
• 遅発スペクトルで観測されたカルシウム線は、コアコリジョン的状況と前身星の組成と整合的である。
• 宿主銀河 NGC 4589 における最近の星形成の証拠は、その楕円形の形状にもかかわらず、コアコリジョン的起源を支持する。