[論文レビュー] Luminous Red Nova AT 2019zhd, a new merger in M 31

A. Pastorello, M. Fraser+21 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 75被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、長期間にわたる出発前の明るさ上昇に続く、M31における恒星合体イベントとして特定された明るい赤色新星（LRN）AT 2019zhdを提示する。爆発は、合体後のガス放出によって駆動され、ピーク絶対等級は Mr = -9.61 ± 0.08 mag であり、プラトー後の低下段階では、冷却されたM型星に似たスペクトル（Teff ≈ 3000 K）と顕著なTiOバンドを示し、合体に先立つ共通エンvelope排出のシナリオと整合的である。静穏状態の前身星は、HSTアーカイブデータからM5型星であることが特定された。

ABSTRACT

We present the follow-up campaign of the luminous red nova (LRN) AT~2019zhd, the third event of this class observed in M 31. The object was followed by several sky surveys for about five months before the outburst, during which it showed a slow luminosity rise. In this phase, the absolute magnitude ranged from M_r=-2.8+-0.2 mag to M_r=-5.6+-0.1 mag. Then, over a four-five day period, AT 2019zhd experienced a major brightening, reaching at peak M_r=-9.61+-0.08 mag, and an optical luminosity of 1.4x10^39 erg/s. After a fast decline, the light curve settled onto a short-duration plateau in the red bands. Although less pronounced, this feature is reminiscent of the second red maximum observed in other LRNe. This phase was followed by a rapid linear decline in all bands. At maximum, the spectra show a blue continuum with prominent Balmer emission lines. The post-maximum spectra show a much redder continuum, resembling that of an intermediate-type star. In this phase, Halpha becomes very weak, Hbeta is no longer detectable and a forest of narrow absorption metal lines now dominate the spectrum. The latest spectra, obtained during the post-plateau decline, show a very red continuum (T_eff ~ 3000 K) with broad molecular bands of TiO, similar to those of M-type stars. The long-lasting, slow photometric rise observed before the peak resembles that of LRN V1309 Sco, which was interpreted as the signature of the common-envelope ejection. The subsequent outburst is likely due to the gas outflow following a stellar merging event. The inspection of archival HST images taken 22 years before the LRN discovery reveals a faint red source (M_F555W=0.21+-0.14 mag, with F555W-F814W = 2.96+-0.12 mag) at the position of AT 2019zhd, which is the most likely quiescent precursor. The source is consistent with expectations for a binary system including a predominant M5-type star.

研究の動機と目的

• AT 2019zhd、M31に発見された新しい明るい赤色新星の光度的および分光的変化を特徴づけること。
• アーカイブHSTデータを用いてAT 2019zhdの前身系を調査し、静穏状態の前身を特定すること。
• 共通エンベロープ排出モデルを、出発前光曲線と爆発ダイナミクスの分析によって検証すること。
• V1309 Sco や V838 Mon などの既知のLRNeと比較して、AT 2019zhdの光曲線および分光的変化を検討すること。
• 後期スペクトルの物理的パラメータ、特に効果温度および分子バンド特徴を特定すること。

提案手法

• 出発前後5か月間にわたり、スカイサーベイ（例：PS1、ZTF、ATLAS）および望遠鏡（例：Nordic Optical Telescope、Gran Telescopio Canarias）を用いた多波長光度的モニタリング。
• 高分解能機器を用いた分光的フォローアップにより、バルマー線を伴う青い連続スペクトルからTiOバンドを示す赤い連続スペクトルへの分光的変化を追跡すること。
• 出発から22年前に撮影されたHubble Space Telescope（HST）アーカイブ画像を分析し、静穏状態の前身源を同定すること。
• 標準フィルタ（例：F555W、F814W）を用いた光度校正により、前身の絶対等級および色指数を導出すること。
• スペクトルフィッティングを用いて効果温度（Teff）を推定し、後期スペクトルにおけるTiOバンドなどの分子特徴を同定すること。
• 共通エンベロープ排出および恒星合体爆発の理論モデルと照らし合わせ、光曲線の形状を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AT 2019zhdで観測された出発前明るさ上昇の性質は何か？これは共通エンベロープ排出シナリオを支持するか？
• RQ2 HSTアーカイブデータで同定された静穏状態の前身系の物理的性質は何か？
• RQ3 AT 2019zhdの分光的変化は、特にプラトー後の段階において、他の既知の明るい赤色新星とどのように比較できるか？
• RQ4 AT 2019zhdのピーク明るさおよび絶対等級は何か？他のLRNeと比較するとどうなるか？
• RQ5 プラトー後のスペクトルの効果温度および分子組成は何か？これは残渣星の性質に何を示唆するか？

主な発見

• AT 2019zhdは、出発の5か月前にゆっくりとした明るさ上昇を示し、絶対等級が Mr = -2.8 ± 0.2 mag から Mr = -5.6 ± 0.1 mag に増加した。
• 爆発は、ピーク絶対等級 Mr = -9.61 ± 0.08 mag に達し、光学的明るさは 1.4 × 10^39 erg s^-1 に相当する。
• 初期低下に続く赤バンドでの短時間のプラトーが観測され、他のLRNeで観測された第二の赤色最大に類似していた。
• ピーク後のスペクトルは赤みがかった連続スペクトルと、狭い吸収金属線の集合体を示し、Hαは弱く、Hβは検出されなかった。
• 最新のスペクトルは非常に赤い連続スペクトルを示し、効果温度 Teff ≈ 3000 K であり、M型星に特徴的な広いTiO分子バンドを示した。
• HSTアーカイブ画像から、出発位置に明るさが弱い赤い前身源が検出され、F555W = 0.21 ± 0.14 mag、F555W-F814W = 2.96 ± 0.12 mag であり、二重星系内のM5型星と整合的であった。