[論文レビュー] On SN 2003fg: The Probable Super-Chandrasekhar-Mass SN Ia

David J. Jeffery, David Branch+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、指数的密度プロファイルと鋭い鉄ピークコア境界を持つSN Iaの噴出物に、ヨンとランガーの結合エネルギー式を適用する簡略化されたモデル（SSCモデル）を用いて、SN 2003fgが約2太陽質量の超チャンドラセカール質量型Ia超新星であるという結論を支持している。分析により、SN 2003fgの通常に比べ極めて低い噴出物速度と高い光度は、質量の大きな白色矮星の前身星と整合的であることが確認された。

ABSTRACT

Howell et al. have reported the discovery of SN Ia SN 2003fg (SNLS-03D3bb) and conclude that SN 2003fg is very likely a super-Chandrasekhar-mass SN Ia perhaps with a mass of order 2 solar masses. Their work is the first strong evidence that has been presented for a super-Chandrasekhar SN Ia. We have performed an analysis of the SN 2003fg data using the Yoon & Langer binding energy formula for a rotating super-Chandrasekhar-mass white dwarf (also used by Howell et al.) included in a simple model of SNe Ia (which we call the SSC model for Simple Super-Chandrasekhar model for SNe Ia) which assumes spherically symmetric ejecta and relies on the approximations of an exponential density profile for SN Ia ejecta and of a sharp boundary of the SN Ia iron-peak-element core. Our results support the conclusion of Howell et al.: SN 2003fg is very probably super-Chandrasekhar and probably has mass of order 2 solar masses.

研究の動機と目的

• SN 2003fg、すなわち最も明るい既知のSN Iaが、超チャンドラセカール質量の前身星と整合的かどうかを調査すること。
• SN 2003fgの極端な明るさと低い噴出物速度が、チャンドラセカール限界を超える白色矮星に起因するという仮説を検証すること。
• ヨンとランガーの結合エネルギー式を組み込んだ簡略化されたSN Iaモデルを用いて、ハウエルら（2006年）の結果を検証すること。
• 球対称的かつ同速度拡大を仮定したもとで、SN 2003fgの噴出物の質量および構造的パラメータを特定すること。

提案手法

• SSCモデルは、球対称的で指数的密度プロファイルを持つ噴出物と、鉄ピーク元素コアの鋭い境界を持つものと仮定する。
• 回転する超チャンドラセカール質量白色矮星のヨンとランガーの結合エネルギー式を適用し、結合エネルギーと質量制約を推定する。
• ニュートン・ラプソン法を用いて、コア質量、運動エネルギー、e-減衰速度、質量分率を繰り返し解く。
• モデルはIPEコア質量を従属変数とし、全質量、IPEコア速度、中心密度、パラメータhを入力値として用い、一貫した噴出物構造を導出する。
• 解は、速度、密度、質量分率の関係に依存し、写真的表面速度が主要な観測的制約条件として用いられる。
• モデルは同速度拡大を仮定しており、半径が時間と速度に線形に比例するため、速度を共動座標として使用可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2003fgの極端な明るさと低い噴出物速度を踏まえると、超チャンドラセカール質量の前身星と整合的だろうか？
• RQ2 ヨンとランガーの結合エネルギー式は、簡略化されたSN Iaモデル枠組み内で、SN 2003fgの観測された性質を説明できるか？
• RQ3 SN 2003fgの前身白色矮星の推定質量はどのくらいであり、約2 M☉と整合的だろうか？
• RQ4 SSCモデルから導かれた噴出物構造と質量分率は、SN 2003fgの観測結果とどのように一致するか？
• RQ5 このモデルは、SN 2003fgが標準的な光曲線幅-明るさ関係を破る理由が質量に起因するという結論を支持するか？

主な発見

• SSCモデルの分析により、SN 2003fgは非常に高い確率で約2太陽質量の超チャンドラセカール質量型SN Iaであると結論づけられた。
• Si II λ6355線の観測された写真的表面速度（約8000 km/s）は、コア正規化SN Iaの典型的な約11,000 km/sと比べて顕著に低く、噴出物速度が低いことを示している。
• モデルは、SN 2003fgの低噴出物速度と高明るさが、結合エネルギー式によりチャンドラセカール限界を超える安定した構成が可能であるため、質量の大きな白色矮星の前身星と整合的であることを示している。
• ニュートン・ラプソン反復法は、IPEコア質量の解にうまく収束し、出力質量に対する入力質量の微分が厳密に負であるため、収束性が保証された。
• モデルは、IPEコア質量分率と運動エネルギーが、観測された明るさとスペクトル的特徴（特に初期スペクトルにおける中間質量元素線の優位性）と整合的であることを確認した。
• パラメータhを独立変数として使用することで、COやIMEの不確かな質量分率に依存せず、解の安定性が向上したことが確認された。