[論文レビュー] Forbidden hugs in pandemic times - II. The luminous red nova variety: AT 2020hat and AT 2020kog

A. Pastorello, G. Valerin+33 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 87被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、2つの明るいレッド・ノバ、AT 2020hat および AT 2020kog の多波長モニタリングを実施し、数か月にわたるゆっくりとした明るさの上昇に続いて大規模な爆発が発生することを明らかにした。主な発見として、IIn型に類似したスペクトルからK/M型星に類似した特徴へと変化するスペクトルの進化が観測され、ハッブル宇宙望遠鏡のアーカイブ画像を用いた強力な前身星の制約が得られ、質量の大きなコアコラプス超新星の前身星とは整合しない中K型星の存在が確認された。

ABSTRACT

We present the results of our monitoring campaigns of the luminous red novae (LRNe) AT 2020hat in NGC 5068 and AT 2020kog in NGC 6106. The two objects were imaged (and detected) before their discovery by routine survey operations. They show a general trend of slow luminosity rise, lasting at least a few months. The subsequent major LRN outbursts were extensively followed in photometry and spectroscopy. The light curves present an initial short-duration peak, followed by a redder plateau phase. AT 2020kog is a moderately luminous event peaking at ∼7 × 1040 erg s-1, while AT 2020hat is almost one order of magnitude fainter than AT 2020kog, although it is still more luminous than V838 Mon. In analogy with other LRNe, the spectra of AT 2020kog change significantly with time. They resemble those of type IIn supernovae at early phases, then they become similar to those of K-type stars during the plateau, and to M-type stars at very late phases. In contrast, AT 2020hat already shows a redder continuum at early epochs, and its spectrum shows the late appearance of molecular bands. A moderate-resolution spectrum of AT 2020hat taken at +37 d after maximum shows a forest of narrow P Cygni lines of metals with velocities of 180 km s-1, along with an Hα emission with a full-width at half-maximum velocity of 250 km s-1. For AT 2020hat, a robust constraint on its quiescent progenitor is provided by archival images of the Hubble Space Telescope. The progenitor is clearly detected as a mid-K type star, with an absolute magnitude of MF606W = -3.33 ± 0.09 mag and a colour of F606W - F814W = 1.14 ± 0.05 mag, which are inconsistent with the expectations from a massive star that could later produce a core-collapse supernova. Although quite peculiar, the two objects nicely match the progenitor versus light curve absolute magnitude correlations discussed in the literature.

研究の動機と目的

• 爆発期における2つの明るいレッド・ノバ（AT 2020hat および AT 2020kog）の光度曲線およびスペクトルの進化を特徴づけること。
• アーカイブ済みのハッブル宇宙望遠鏡画像を用いて、これらの現象の静止状態にある前身星の性質を特定すること。
• 前身星の明るさと爆発明るさの間の既知の相関関係と、観測された明るさおよび前身星の性質が整合するかを検証すること。
• LRNの光度曲線におけるゆっくりとした上昇段階とプラトー段階の背後にある物理的メカニズムを調査すること。

提案手法

• 爆発後、複数のエポックにわたってAT 2020hat および AT 2020kog の光度およびスペクトロスコピックモニタリングを実施した。
• 静止状態にある前身星星を特定・特徴付けるために、アーカイブ済みのハッブル宇宙望遠鏡 F606W および F814W バンド画像を分析した。
• 前身星の絶対等級および色指数（F606W - F814W）を測定し、スペクトル型の分類と質量の大きな星モデルとの整合性を評価した。
• 初期段階のIIn型に類似した特徴から、プラトー段階でのK型星に類似した特徴、および遅い段階でのM型星に類似した特徴へと進化するスペクトルの進化を追跡した。
• ピーク全波長明るさの推定値を用いて爆発明るさを定量化し、AT 2020kog は約 7 × 10⁴⁰ erg s⁻¹ にピークに達した。
• P Cygniプロファイルからの径方向速度測定（例：AT 2020hat における金属線で180 km s⁻¹）を用いて、噴出物の運動学的性質を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明るいレッド・ノバであるAT 2020hat および AT 2020kog の光度曲線およびスペクトルの進化特性は何か？
• RQ2 ハッブルアーカイブ画像による制約から、AT 2020hat の静止状態にある前身星星の性質は何か？
• RQ3 これらのLRNeの観測された明るさおよび前身星の性質は、文献に既知の相関関係とどのように一致するか？
• RQ4 なぜAT 2020hat はAT 2020kog よりも赤みが強く、初期に分子バンドの特徴を示すのか？
• RQ5 P Cygniプロファイルで追跡された噴出物の運動学的性質は、爆発メカニズムについて何を明らかにするか？

主な発見

• AT 2020hat および AT 2020kog は、いずれも少なくとも数か月にわたるゆっくりとした明るさの上昇に続いて、初期に短いピークと赤みがかったプラトー段階を示す大規模な爆発を示した。
• AT 2020kog は約 7 × 10⁴⁰ erg s⁻¹ にピークに達したが、AT 2020hat はほぼ1桁明るさが低かったものの、V838 Mon よりも明るかった。
• AT 2020hat の前身星は、絶対等級 MF606W = -3.33 ± 0.09 mag、色指数 F606W - F814W = 1.14 ± 0.05 mag の中K型星と特定された。
• その明るさと色から、質量の大きな星がコアコラプス超新星を引き起こすものとは一致しないことが判明した。
• AT 2020kog のスペクトルは、初期段階でIIn型に類似した特徴を示し、プラトー段階ではK型星に類似した特徴、遅い段階ではM型星に類似した特徴へと進化した。
• +37日目のAT 2020hat の中分解能スペクトルでは、180 km s⁻¹ の金属線の多数の狭いP Cygni線と、FWHM速度250 km s⁻¹ のHα発光線が観測された。