[論文レビュー] A very low central oxygen mass in the peculiar type Ia SN 2010lp: further diversity at the low-luminosity end of SNe Ia

P. A. Mazzali, S. Benetti+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 49被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、特異的で低光度なIa型超新星SN 2010lpのネーブラー線スペクトルをモデル化し、中心部の酸素質量が約0.05 M⊙と極めて低く、二つの明確に分離した低ドップラー速度（v < 2000 km s⁻¹）の塊に分布していることを明らかにした。[O I] λ6300,6363の二重ピーク型発光は、二つの低質量白色矮星の爆発的合体若しくは衝突を強く示唆し、Ia型超新星の低光度領域における前身星系の多様性を強調している。

ABSTRACT

A nebular spectrum of the peculiar, low-luminosity type Ia supernova 2010lp is modelled in order to estimate the composition of the inner ejecta and to illuminate the nature of this event. Despite having a normally declining light curve, SN 2010lp was similar spectroscopically to SN 1991bg at early times. However, it showed a very unusual double-peaked [OI] $\lambda\lambda\,6300,6363$ emission at late times (Taubenberger et al. 2013). Modelling of the nebular spectrum suggests that a very small amount of oxygen ($\sim0.05$ M$_{\odot}$), expanding at very low speed ($\sim2000$ km/s) is sufficient to reproduce the observed emission. The rest of the nebula is not too dissimilar from SN 1991bg, except that SN 2010lp is slightly more luminous. The double-peaked [OI] emission suggests that SN 2010lp may be consistent with the merger or collision of two low-mass white dwarfs. The low end of the SN Ia luminosity sequence is clearly populated by diverse events, where different channels may contribute.

研究の動機と目的

• SN 2010lpの性質を理解すること。これは、異常な遅発光スペクトルを示す特異的で低光度なIa型超新星である。
• ネーブラー線スペクトルモデリングを用いて、内側の噴出物の組成と運動学的特性を特定すること。
• 観測された二重ピーク型[O I]発光が、既知の爆発シナリオ、特に準チャンドラセカール質量白色矮星を含むもので説明可能かどうかを検証すること。
• Ia型超新星系列の低光度領域における前身星系の多様性に及ぼす影響を調査すること。
• 低中心酸素質量と双極的構造が、白色矮星の合体や衝突といった特定の爆発メカニズムを示唆するかどうかを評価すること。

提案手法

• SN 2010lpの観測スペクトルを300日後頃にモデル化するため、放射輸送コードを用いて合成ネーブラー線スペクトルを計算した。
• 噴出物の組成と速度構造を制約するために、SN 1991bgに類似した準チャンドラセカール質量（sub-MCh）爆発を仮定した。
• 二重ピーク型[O I] λ6300,6363発光線を再現するために、空間的に分離した低速度（v < 2000 km s⁻¹）の酸素豊富な塊をモデルに組み込んだ。
• 観測されたフラックスレベルと線プロファイルに一致させるためにモデルを調整し、光度と線強度から⁵⁶Ni質量と酸素質量の制約を導出した。
• 特に質量比と非対称性を含む、白色矮星合体・衝突に関する既存のモデルと比較した。
• 光度曲線を用いて赤方偏移と距離を校正し、ネーブラー光度を再現するための必要⁵⁶Ni質量は約0.08 M⊙と推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2010lpの内側噴出物における酸素の質量と空間的分布は、ネーブラー線スペクトルからどのように推定されるか？
• RQ2 観測された二重ピーク型[O I] λ6300,6363発光は、非対称な噴出物を持つ準チャンドラセカール質量爆発モデルで再現可能か？
• RQ3 低中心酸素質量と双極的構造を最もよく説明する前身星シナリオ（例えば、二つの低質量白色矮星の爆発的合体若しくは衝突）は何か？
• RQ4 SN 2010lpの低⁵⁶Ni質量（約0.08 M⊙）と低中心密度は、標準的SN 1991bgや他の低光度Ia型超新星と比べてどう異なるか？
• RQ5 ネーブラー線スペクトルに、二重矮星合体シナリオやヘリウム自己点火シナリオといった異なる爆発経路を区別する観測的特徴があるか？

主な発見

• SN 2010lpのネーブラー線スペクトルは、中心酸素質量が約0.05 M⊙の準チャンドラセカール質量爆発モデルで最もよく再現される。
• 二重ピーク型[O I] λ6300,6363発光は、互いに反対方向に運動する二つの明確に分離した低速度（v < 2000 km s⁻¹）の酸素豊富な塊によって生成される。
• ネーブラー発光を駆動するための必要⁵⁶Ni質量は約0.08 M⊙と推定され、SN 1991bgで見つかった約0.06 M⊙よりもわずかに高い。
• 低中心酸素質量と低速度炭素線の欠如は、前身星の炭素がほとんど酸素に燃焼されたことを示唆し、未燃焼の炭素はほとんど残っていない。
• 観測された構造は、通常は一様な球対称酸素コアを生成する標準的な3次元合体シミュレーションとは整合しない。これは、新たなまたは改良されたモデルの必要性を示唆する。
• データは、二つの低質量白色矮星の爆発的合体若しくは衝突を伴うシナリオを支持しており、不完全燃焼と非対称な噴出物が、観測された双極的酸素構造を生じさせたと考えられる。