[論文レビュー] Luminous Red Nova 2015 in the Galaxy M101

V. P. Goranskij, E. A. Barsukova+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2016

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 2被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、渦巻銀河M101におけるLuminous Red Nova 2015 (LRN 2015) の発見と詳細な分析を提示し、極めて明るく長期間にわたる噴出を示す質量の大きな連星合体イベントであることを特定した。このシステムは2014年11月に最初の噴出を示し、2015年2月に第二の噴出を示した。絶対視等級は−12.75に達し、赤色新星としては記録的な最高値であり、153日を超える記録的な持続期間と、既知の赤色新星の中で最小の噴出振幅（5.6等）を示した。

ABSTRACT

We present the results of the study of the red nova PSN J14021678+5426205 based on the observations carried out with the Russian 6-m telescope (BTA) along with other telescopes of SAO RAS and SAI MSU. To investigate the nova progenitor, we used the data from the Digital Sky Survey and amateur photos available on the internet. In the period between April 1993 and July 2014, the brightness of the progenitor gradually increased by 2.2 mag in the V band. At the peak of the first outburst in mid-November of 2014, the star reached an absolute visual magnitude of -12.75 mag but was discovered later, in February 2015, in a repeated outburst at the absolute magnitude of -11.65 mag. The amplitude of the outburst was minimum among the red novae, only 5.6 mag in the V band. The H alpha emission line and the continuum of a cool supergiant with a gradually decreasing surface temperature were observed in the spectra. Such process is typical for red novae, although the object under study showed extreme parameters: maximum luminosity, maximum outburst duration, minimum outburst amplitude, unusual shape of the light curve. This event is interpreted as a massive OB star system components merging accompanied by the formation of a common envelope and then the expansion of this envelope with minimal energy losses.

研究の動機と目的

• 2015年2月に発見された、M101における明るい赤色新星PSN J14021678+5426205の性質と前身系の解明を目的とする。
• 二つの明著な噴出と長期間にわたる持続を示す異常な光曲線の背後にある物理的メカニズムの特定を目的とする。
• 拡張する包層のスペクトル的進化と運動学的特性を分析し、衝撃波ダイナミクスと質量噴出プロセスを推定することを目的とする。
• アーカイブデータを用いた事前噴出期の進化評価を通じて、この出来事の前兆としての長期的明るさの増加を明らかにすることを目的とする。
• 赤色新星とSNイマポスターの広範な文脈の中で、特に星の合体モデルと照らし合わせた本イベントの分類を目的とする。

提案手法

• 6メートルBTA望遠鏡（ロシア科学アカデミー特別宇宙物理学観測所）を用いた光度的および分光的観測を実施し、SAO RASおよびSAI MSU望遠鏡のデータを補足した。
• 事前噴出期の光曲線分析には、デジタル・スカイ・サーベイおよびAstroBinおよびFlickrのアマチュア天文学写真のアーカイブデータを用いた。
• スペクトル分類およびラインプロファイル解析には、バーリン原子線データベース（VALD）およびNIST原子スペクトルデータベースを用い、Hα、Ba II、Na Iおよび金属線におけるP Cygniプロファイルの特徴を同定した。
• 吸収層の膨張速度は、吸収ラインのドップラーシフトから測定され、500–540 km s⁻¹の値が得られた。
• M101までの距離推定値を用いて絶対等級を導出し、システムの明るさはSNイマポスターの範囲内に位置付けられた。
• スペクトル型と温度の時間的進化はK2 IからM2 Iへと追跡され、冷却に伴いTiO分子バンドの出現が観測された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2014年11月の主ピークと2015年2月の二次ピークを示すLRN 2015における二重噴出の原因は何か？
• RQ2 LRN 2015のスペクトル的進化は、特に温度低下と金属線吸収の観点から、他の既知の赤色新星と比較してどう異なるか？
• RQ3 本イベントにおける極めて低い噴出振幅（5.6等）と記録的な持続期間（153日以上）の物理的起源は何か？
• RQ4 11年間にわたり2.2等の明るさの増加を示す事前噴出期の明るさ上昇は、連星合体仮説をどの程度支持するか？
• RQ5 吸収層の膨張速度（500–540 km s⁻¹）は、核合体後に生じる衝撃波ダイナミクスとどのように関係しているか？

主な発見

• 1993年4月から2014年7月にかけて、Vバンドで2.2等の明るさ上昇を示した前身系は、連星合体プロセスに一致する長期的前駆動的進化を示した。
• 2014年11月の最初の噴出は、絶対視等級−12.75に達し、赤色新星として記録された最高値であり、最も明るい瞬間的天体の一つに位置付けられた。
• 2015年2月の第二の噴出は、絶対等級−11.65に達し、Vバンドでの噴出振幅はわずか5.6等にとどまり、既知の赤色新星の中で最小であった。
• 第二の噴出に先立って、拡張する包層の半径が8倍に増大した。スペクトル型はK2 IからM2 Iに進化し、冷却に伴いTiO分子バンドが出現した。
• Hα、Ba II、Na I線における強いP Cygniプロファイルに加え、Fe I、Ti I、Cr I、Mg Iにおける極めて深い吸収は、500–540 km s⁻¹で高速に移動する密度の高い吸収層の噴出を示している。
• 本イベントは、エネルギー損失が最小限の質量の大きな連星合体として解釈され、最初の噴出は核の融合後に包層内を伝播する衝撃波に起因し、第二の噴出では核合体後に表面で遅れて熱エネルギーが放出されたものと考えられる。