[論文レビュー] Clearing the Smoke: Nebular Spectra of 100+ Type Ia Supernovae Exclude Single Degenerate Progenitors

M. A. Tucker, B. J. Shappee+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、110個のIa型超新星の226個のネーブル状態スペクトルを分析して、前身星モデルを検証し、剥ぎ取りられた伴星からの放射の証拠は得られなかった。これは、古典的シングル・デジェネレートH豊富な伴星シナリオに起因するIa型超新星の割合が3σ観測上限として<5.6%であることを示しており、このモデルが支配的である可能性を強く否定する。

ABSTRACT

We place statistical constraints on Type Ia supernova (SN Ia) progenitors using 226 nebular phase spectra of 110 SNe Ia. We find no evidence of stripped companion emission in any of the nebular phase spectra. Upper limits are placed on the amount of mass that could go undetected in each spectrum using recent hydrodynamic simulations. With these null detections, we place an observational $3\sigma$ upper limit on the fraction of SNe Ia that are produced through the classical H-rich non-degenerate companion scenario of $ < 5.6\%$. Additionally, we set a tentative upper limit on He star progenitor scenarios of $< 6.5\%$, although further theoretical modelling is required. As part of our analysis, we also derive a Nebular Phase Phillips Relation, which approximates the brightness of a SN Ia in the nebular phase using the peak magnitude and decline rate parameter $\Delta m_{15} (B)$.

研究の動機と目的

• ネーブル状態分光法を用いて、Ia型超新星のシングル・デジェネレート前身星シナリオの妥当性を検証すること。
• シングル・デジェネレートチャネルにおけるH豊富なまたはヘリウム星の伴星から生じるIa型超新星の割合に観測的制約を課すこと。
• ピーク光度と減光率をネーブル状態の明るさに関連付ける新しいネーブル状態フィリップス関係を導出すること。
• 流体力学的シミュレーションを用いて、ネーブル状態スペクトルにおける検出不能な質量寄与を推定すること。
• 均質な大規模ネーブルスペクトルサンプルの分析を通じて、SN Ia前身星系の理解を深めること。

提案手法

• 均質性と信号対雑音比に優れた226個のIa型超新星のネーブル状態スペクトルを取得・分析した。
• 最近の流体力学的シミュレーションを用いて、剥ぎ取りられた伴星からの期待される放射をモデル化し、各スペクトルにおける検出不能な質量の上限を導出した。
• 統計的手法を用いて、サンプル全体にわたり検出可能な伴星放射が存在しないことを評価した。
• ピーク光度（M_B）と減光率（Δm₁₅(B)）を用いて、ネーブル状態の光度を予測するネーブル状態フィリップス関係をキャリブレーションした。
• 検出不能な結果に基づき、H豊富な伴星を有するIa型超新星の割合に対する3σ上限を計算した。
• ヘリウム星前身星シナリオについては、さらなる理論的モデリングを待つ必要があるが、一時的な上限を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ia型超新星のネーブル状態スペクトルに、剥ぎ取りられた伴星からの検出可能な放射は存在するか？
• RQ2 H豊富な非縮退的伴星を伴う古典的シングル・デジェネレートシナリオに起因するIa型超新星の割合はどの程度か？
• RQ3 ピーク光度とΔm₁₅(B)を用いて、ネーブル状態の明るさを予測できるネーブル状態フィリップス関係を導出できるか？
• RQ4 流体力学的シミュレーションは、ネーブル状態スペクトルにおける検出不能な質量の上限をどのように情報提供するか？
• RQ5 ネーブル分光法によって、ヘリウム星前身星シナリオはどの程度まで制約できるか？

主な発見

• 分析した226個のネーブル状態スペクトルすべてにおいて、剥ぎ取りられた伴星からの放射の証拠は得られなかった。
• 3σ観測上限として、H豊富な非縮退的伴星によるシナリオに起因するIa型超新星の割合が<5.6%であると設定された。
• ヘリウム星前身星シナリオについては、さらなる理論的モデリングが必要であるが、一時的な上限として<6.5%が設定された。
• 新しいネーブル状態フィリップス関係が導出され、ピーク光度とΔm₁₅(B)からネーブル状態の明るさを予測可能となった。
• 流体力学的シミュレーションを用いて、各スペクトルにおける検出不能な質量の最大値を制約し、微弱な伴星信号に対する感度が向上した。
• 結果として、H豊富な伴星を伴うシングル・デジェネレートシナリオが支配的SN Ia前身星チャネルである可能性は強く否定された。