[論文レビュー] H-alpha Spectral diversity of type II supernovae

C. P. Gutiérrez, J. P. Anderson+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 25被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、52例のタイプII超新星のHαスペクトルプロファイルを分析し、特に吸収対発光比（a/e）を含むP-Cygniプロファイルのパラメータが、光度曲線の性質とどのように関連するかを検討した。低いa/e値は、高いHα速度、速い減光率、明るいピーク光度、および短い光学的厚い段階の持続期間と強く相関しており、これらのスペクトル的特徴は、前身星の水素エンVELOP質量および周囲星間物質（CSM）との相互作用によって駆動されていると考えられる。

ABSTRACT

We present a spectroscopic analysis of the H-alpha profiles of hydrogen-rich type II supernovae. A total of 52 type II supernovae having well sampled optical light curves and spectral sequences were analyzed. Concentrating on the H-alpha P-Cygni profile we measure its velocity from the FWHM of emission and the ratio of absorption to emission (a/e) at a common epoch at the start of the recombination phase, and search for correlations between these spectral parameters and photometric properties of the V-band light curves. Testing the strength of various correlations we find that a/e appears to be the dominant spectral parameter in terms of describing the diversity in our measured supernova properties. It is found that supernovae with smaller a/e have higher H-alpha velocities, more rapidly declining light curves from maximum, during the plateau and radioactive tail phase, are brighter at maximum light and have shorter optically thick phase durations. We discuss possible explanations of these results in terms of physical properties of type II supernovae, speculating that the most likely parameters which influence the morphologies of H-alpha profiles are the mass and density profile of the hydrogen envelope, together with additional emission components due to circumstellar interaction.

研究の動機と目的

• 高頻度スペクトロスコピーを用いて、水素を豊富に含むタイプII超新星におけるHαスペクトルの多様性を調査すること。
• 52例のSNe IIのサンプルにおいて、Hα P-Cygniプロファイルのスペクトルパラメータを光度曲線の性質と相関させること。
• a/e比や発光のFWHMといったスペクトル的特徴が、水素エンVELOP質量や周囲星間物質（CSM）との相互作用といった前身星の性質を示す指標として機能するかどうかを検証すること。
• 観測されたスペクトル-光度的相関が、特にIIPとIIL亜型を区別する物理的連続体を支持するかどうかを評価すること。
• エンVELOP密度構造と周囲星間物質（CSM）との相互作用が、Hαプロファイルの形態に果たす役割を検討すること。

提案手法

• マゼラン、ゲミーニ、ESOの望遠鏡を用いて、52例のタイプII超新星の高頻度光学スペクトロスコピーと、良好にサンプリングされたVバンド光度曲線を取得した。
• 再結合段階の開始に近い共通のエポックで、Hα P-Cygniプロファイルのパラメータを測定した：発光成分のFWHMと吸収対発光（a/e）比。
• スペクトルパラメータ（a/e、Hα速度）を、ピーク等級、プラトー期の減光率（s2）、および放射性尾の減光率（s3）といった光度曲線の性質と相関させた。
• スペクトル的パラメータと光度的パラメータの間の相関の強さを評価するために、統計的検定を実施した。
• プロファイルの形態に基づいて、エンVELOP質量、密度勾配、周囲星間物質（CSM）との相互作用といった、スペクトル的多様性の背後にある物理的説明を検討した。
• 既存のモデル（例：Litvinova & Nadezhin 1983, 1985）および先行研究（例：Patat et al. 1994, Hamuy & Pinto 2002）と比較することで、研究結果の文脈を整理した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプII超新星において、Hα P-Cygniプロファイルのパラメータ（a/e比および発光のFWHM）は、光度曲線の性質とどのように相関するか？
• RQ2 a/e比はタイプII超新星の多様性を記述する主要なスペクトル的パラメータであるか？また、光度、膨張速度、減光率とどのように関係するか？
• RQ3 Hαプロファイルの形態の違いは、主に前身星の水素エンVELOP質量および密度構造によって説明できるか？
• RQ4 周囲星間物質（CSM）との相互作用は、特に速やかに減光する超新星において、Hαプロファイルの形態にどのような役割を果たすか？
• RQ5 a/e比やHα速度といったスペクトル的パラメータは、IIPとIIL亜型を区別できるか、それとも連続的な物理的パrameter空間を反映しているのか？

主な発見

• Hα P-Cygniプロファイルにおける吸収対発光（a/e）比は、タイプII超新星における光度的多様性と強く相関する主要なスペクトル的パラメータである。
• a/e値が低い超新星は、高いHα速度、プラトー期および放射性尾期の両方で速い減光率、そして最大光度で明るい特徴を示す。
• a/e値が低い超新星は、光学的厚い段階の持続期間（OPTd）が短く、爆発後に噴出物が透明になるまでの時間スケールが短いことを示している。
• プラトー期（s2）および放射性尾期（s3）における減光率が高い超新星は、系統的に低いa/e比を示しており、これは前身星のエンVELOP質量またはCSMとの相互作用と物理的関連があると考えられる。
• 観測されたスペクトル-光度的相関は、Hαプロファイルの多様性の主因が、爆発時の水素エンVELOPの質量および密度構造であるという仮説を支持している。
• 周囲星間物質（CSM）との相互作用は、特に速やかに減光する超新星において、プロファイルの変化に寄与する可能性があり、発光を強化し吸収を減少させることでa/e比を低下させる可能性がある。