[論文レビュー] Long-rising Type II supernovae from PTF and CCCP

F. Taddia, J. Sollerman+18 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 74被引用数 26

ひとこと要約

本研究は、パラマル・瞬間天体調査（PTF）およびカリフォルニア工科大学コア崩壊プロジェクト（CCCP）から得た6つの長期間上昇型Type II超新星のサンプルを提示し、その光曲線、スペクトル、および宿主環境を分析する。この研究では、こうしたイベントがコンパクトな青超巨星（BSG）の前身星から発生することを確認した。特に、PTF12ksoは、このクラスで測定された中で最大の56Ni質量を示しており、BSG駆動型爆発の主要な特徴として低宿主金属量が特定された。

ABSTRACT

Supernova (SN) 1987A was a peculiar H-rich event with a long-rising (LR) light curve (LC), stemming from a compact blue supergiant star (BSG). Only a few similar events have been presented in the literature. We present new data for a sample of 6 LR Type II SNe (SNe II), 3 of which were discovered and observed by the Palomar Transient Factory (PTF) and 3 observed by the Caltech Core-Collapse Project (CCCP). Our aim is to enlarge the family of LR SNe II, characterizing their properties. Spectra, LCs, and host-galaxies (HG) of these SNe are presented. Comparisons with known SN 1987A-like events are shown, with emphasis on the absolute magnitudes, colors, expansion velocities, and HG metallicities. Bolometric properties are derived from the multiband LC. By modeling the early-time LCs with scaling relations derived from the SuperNova Explosion Code (SNEC) models of MESA progenitor stars, we estimate the progenitor radii of these SNe and other progenitor parameters. We present PTF12kso, a LR SN II with the largest amount of 56Ni mass for this class. PTF09gpn and PTF12kso are found at the lowest HG metallicities for this SN group. The variety of early LC luminosities depends on the wide range of progenitor radii, from a few tens of solar radii (SN 2005ci) up to thousands (SN 2004ek) with intermediate cases between 100 (PTF09gpn) and 300 solar radii (SN 2004em). We confirm that LR SNe II with LC shapes closely resembling that of SN 1987A generally arise from BSGs. However, some of them likely have progenitors with larger radii (~300 solar radii, typical of yellow supergiants) and can thus be regarded as intermediate cases between normal SNe IIP and SN 1987A-like SNe. Some extended red supergiant (RSG) stars such as the progenitor of SN 2004ek can also produce LR SNe II if they synthesized a large amount of 56Ni. Low HG metallicity is confirmed as a characteristic of BSG SNe.

研究の動機と目的

• SN 1987Aに類似した長期間上昇型Type II超新星のサンプルを拡大すること。これは、ピークに至るまでの上昇が84日以上に及ぶが、文献においてはまれである。
• 多バンド光曲線および分光観測を用いて、これらのイベントの前身星および爆発パラメータ（前身星半径、56Ni質量、爆発エネルギー、噴出物質量）を特徴づけること。
• これらのSNeの宿主銀河金属量を調査し、低金属量環境がコンパクトな青超巨星の爆発を促進するという仮説を検証すること。
• 特定の爆発条件下では、より拡張した前身星（例：イエローやレッド超巨星）からも長期間上昇型SNe IIが発生する可能性を検討すること。
• コア崩壊型超新星における前身星構造、爆発エネルゲティクス、および光曲線形態との関係をより深く理解すること。

提案手法

• PTFおよびCCCP調査から得た6つの長期間上昇型Type II超新星の光学的光曲線および分光観測データを取得・分析し、これまで非公開であったデータも含む。
• 多バンド光度測定からボロメトリック光曲線を導出し、全放射エネルギー出力およびエネルギー予算を制約する。
• MESAの前身星モデルからのスケーリング関係を応用し、初期段階の光曲線上昇時間に基づいて前身星半径を推定する。
• 解析的および準経験的手法を用いてボロメトリック光曲線をモデル化し、56Ni質量、爆発エネルギー、噴出物質量といった主要な爆発パラメータを推定する。
• 宿主銀河の金属量を、宿主スペクトルからの発光線比（例：R23、O3N2）を用いて測定し、NEDとの整合性確認および減光補正を実施する。
• PTF09gpnおよびPTF12ksoの宿主銀河スペクトルにおける幅の狭い発光線からの赤方偏移を用い、WMAP5宇宙論を用いて距離を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長期間上昇型Type II超新星の前身星半径は何か？また、光曲線上昇時間および明るさとどのように相関するか？
• RQ2 長期間上昇型SNe IIで噴出される56Ni質量の範囲は何か？SN 1987Aや他の既知のイベントと比較するとどうなるか？
• RQ3 低金属量の宿主銀河は、長期間上昇型SNe II、特にSN 1987Aに類似したものにとって特徴的なものか？
• RQ4 拡張した赤超巨星の前身星が長期間上昇型光曲線を生成できるか？どのような爆発条件下で可能か？
• RQ5 これらのSNeの初期段階の光曲線形状は、その前身星構造および爆発エネルゲティクスとどのように関係するか？

主な発見

• PTF12ksoは、このクラスで測定された中で最大の56Ni質量を持つ長期間上昇型Type II超新星であると特定され、極めてエネルギーの高い爆発を示している。
• PTF09gpnおよびPTF12ksoは、このSNeグループで観測された中で金属量が最も低い宿主銀河に位置しており、低金属量とコンパクトなBSG前身星との関連を支持する。
• 前身星半径は広範囲にわたる：約30 R⊙（SN 2005ci）から約300 R⊙（SN 2004em）までで、SN 2004ekは約1000 R⊙に達しており、多様な前身星タイプを示している。
• 前身星半径が約300 R⊙のSN 2004emは、通常のSNe IIPとSN 1987Aに類似したイベントの中間的ケースと最もよく一致し、おそらくイエローサーパーグィアントの前身星であると考えられる。
• 拡張した赤超巨星の前身星（例：SN 2004ek）は、大量の56Niを合成すれば、長期間上昇型光曲線を生成できる。これは、このような光曲線を生成するのはコンパクトな星に限らないという仮定に反する。
• 本研究では、SN 1987Aに類似した光曲線を示す長期間上昇型SNe IIが主にコンパクトな青超巨星から発生することを確認したが、一部の中間的または拡張型の前身星も特定の条件下では同様の光曲線を生成できることが示された。