[論文レビュー] Mysterious transients unmasked as the bright blue death throes of massive stars

R. Quimby, S. R. Kulkarni+25 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、放射性崩壊や衝撃加熱ではなく、質量が大きく水素を含まない星の爆発的解体によって駆動される、新しい種類の明るい超新星（SNe）を同定した。これらの現象は極めて高い紫外線輝度を示し、高衝撃速度の噴出物（約10^4 km s^-1）と、約10^15 cmの半径にある物質からの長期間にわたる放射を示す。これにより、z > 4での検出が可能となり、初期の銀河環境の調査が可能となる。

ABSTRACT

Supernovae (SNe) are stellar explosions driven by gravitational or thermonuclear energy, observed as electromagnetic radiation emitted over weeks or more. In all known SNe, this radiation comes from internal energy deposited in the outflowing ejecta by either radioactive decay of freshly-synthesized elements (typically 56Ni), stored heat deposited by the explosion shock in the envelope of a supergiant star, or interaction between the SN debris and slowly-moving, hydrogen-rich circumstellar material. Here we report on a new class of luminous SNe whose observed properties cannot be explained by any of these known processes. These include four new SNe we have discovered, and two previously unexplained events (SN 2005ap; SCP 06F6) that we can now identify as members. These SNe are all ~10 times brighter than SNe Ia, do not show any trace of hydrogen, emit significant ultra-violet (UV) flux for extended periods of time, and have late-time decay rates which are inconsistent with radioactivity. Our data require that the observed radiation is emitted by hydrogen-free material distributed over a large radius (~10^15 cm) and expanding at high velocities (>10^4 km s^-1). These long-lived, UV-luminous events can be observed out to redshifts z>4 and offer an excellent opportunity to study star formation in, and the interstellar medium of, primitive distant galaxies.

研究の動機と目的

• 放射性崩壊や既知の超新星エネルギー源とは異なる、水素を含まない明るい過渡的天体の起源を説明すること。
• SN 2005ap や SCP 06F6 のようなこれまで説明がつかなかった現象の性質を解明すること。
• 核心崩壊超新星における持続的で紫外線に輝く放射の新しい物理的メカニズムを特定すること。
• これらの現象が、高赤方偏移における星形成および星間媒体の状態を調査するためのプローブとして持つ可能性を評価すること。

提案手法

• 新しく発見された4つの明るい超新星と、以前に謎とされた2つの事象（SN 2005ap, SCP 06F6）の複数エポックの光度測定と分光測定の分析。
• 放射性崩壊、衝撃加熱、周囲星間物質との相互作用のモデルと、観測された光曲線およびスペクトルエネルギー分布を比較。
• 径方向速度のシフトと光曲線の減衰率を用いて、噴出物の構造と膨張速度をモデル化。
• 観測された膨張速度と輝度の時間的変化から、噴出物の半径と質量を推定。
• 紫外線フラックス測定を用いて、放射する物質の温度とエネルギー出力を制約。
• 光曲線の進化をz > 4にまで外挿することで、赤方偏移における検出可能性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 これらの明るく水素を含まない過渡的天体における持続的で紫外線に輝く放射を駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 なぜこれらの超新星は 56Ni の放射性崩壊と整合しない減衰率を示すのか？
• RQ3 SN 2005ap や SCP 06F6 のような以前に説明がつかなかった事象が、同一の前身星モデルで統合可能か？
• RQ4 これらの現象はどの程度の高赤方偏移（z > 4）で観測可能であり、初期の銀河の調査にどのように利用可能か？
• RQ5 観測された輝度と持続時間を説明するためには、噴出物の性質（半径、速度、質量）はどの程度必要か？

主な発見

• これらの超新星における観測された輝度と紫外線フラックスは、56Ni の放射性崩壊や質量の大きなエンvelope における衝撃加熱では説明できない。
• これらの現象は、10^15 cm の大きな半径で、水素を含まない噴出物が 10^4 km s^-1 以上の速度で膨張している必要がある。
• 遅発光曲線の減衰は 56Ni の崩壊と整合せず、標準的な放射性エネルギー源を排除する。
• これらの超新星は SNe Ia よりも約10倍明るく、長期間にわたって紫外線に輝くため、新たなエネルギー源が存在することが示唆される。
• これらの現象は赤方偏移 z > 4 まで検出可能であり、初期の銀河における星形成の調査に有効なプローブである。
• SN 2005ap と SCP 06F6 は、今やこの新しいクラスに属することが特定され、以前の観測的謎が解けた。