[論文レビュー] On the Ca-strong 1991bg-like type Ia supernova 2016hnk: evidence for a Chandrasekhar-mass explosion

L. Galbany, C. Ashall+47 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 165被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、Caを強く示す1991bg型に類縁する超新星2016hnkの多波長観測を提示し、光学・近赤外光度測定、分光測定、およびその母銀河の統合場分光測定を統合している。データは、高濃度の56Niと低濃度の56Ni/56Co比を示す遅延炎燃焼モデルによるチャンドラセカール質量の爆発を明らかにし、1991bg型超新星の典型的な低光度性を挑戦するものであり、従来想定されていたよりも質量の大きな前身星を示唆している。

ABSTRACT

We present a comprehensive dataset of optical and near-infrared photometry and spectroscopy of type~Ia supernova (SN) 2016hnk, combined with integral field spectroscopy (IFS) of its host galaxy, MCG -01-06-070, and nearby environment. Properties of the SN local environment are characterized by means of single stellar population synthesis applied to IFS observations taken two years after the SN exploded. SN 2016hnk spectra are compared to other 1991bg-like SNe Ia, 2002es-like SNe Ia, and Ca-rich transients. In addition, abundance stratification modelling is used to identify the various spectral features in the early phase spectral sequence and the dataset is also compared to a modified non-LTE model previously produced for the sublumnious SN 1999by. SN 2016hnk is consistent with being a sub-luminous (M$_{ m B}=-16.7$ mag, s$_{ m BV}$=0.43$\pm$0.03), highly reddened object. IFS of its host galaxy reveals both a significant amount of dust at the SN location, as well as residual star formation and a high proportion of old stellar populations in the local environment compared to other locations in the galaxy, which favours an old progenitor for SN 2016hnk. Inspection of a nebular spectrum obtained one year after maximum contains two narrow emission lines attributed to the forbidden [Ca II] $λλ$7291,7324 doublet with a Doppler shift of 700 km s$^{-1}$. Based on various observational diagnostics, we argue that the progenitor of SN 2016hnk was likely a near Chandrasekhar-mass ($M_{ m Ch}$) carbon-oxygen white dwarf that produced 0.108 $M_\odot$ of $^{56}$Ni. Our modeling suggests that the narrow [Ca II] features observed in the nebular spectrum are associated with $^{48}$Ca from electron capture during the explosion, which is expected to occur only in white dwarfs that explode near or at the $M_{ m Ch}$ limit.

研究の動機と目的

• 低光度でCaを強く示すSN 2016hnkの爆発メカニズムと前身星質量を理解すること。この超新星は、通常のSNe Iaと1991bg型超新星の中間的性質を示す。
• 1991bg型超新星の前身星質量に関する長年の曖昧さを解消すること。これらは一般的に準チャンドラセカール質量の白色矮星から発生すると考えられている。
• 2016hnkで観測された高濃度の56Niと低濃度の56Ni/56Co比が、1991bg型分類にもかかわらず、チャンドラセカール質量の爆発と整合するかを調査すること。
• 統合場分光測定による母銀河の運動学的性質と金属量を用いて、前身星の進化歴と環境を制約すること。
• 2016hnkの爆発メカニズムが、高濃度の56Ni生成と低濃度の56Co生成を示す遅延炎燃焼モデルで説明可能かどうかを検証すること。これは質量の大きな白色矮星に一致する。

提案手法

• LCO、Gemini、LJTなどの複数の観測所を用いて、SN 2016hnkの初期段階から遅い段階にかけて広範な光学および近赤外光度測定と分光測定を実施した。
• PHOENIXおよびCMFGENコードを用いた合成スペクトルを用いて、詳細なスペクトルモデリングを実施し、噴出物質量、56Ni質量、および速度構造を導出した。
• スターリング速度分散と金属量を測定するために、Geminiマルチオブジェクト分光器を用いて母銀河MCG -01-06-070の統合場分光測定を実施した。
• 異なる炎燃焼から爆発への遷移（DDT）パラメータを変化させた遅延炎燃焼モデルを適用し、観測された光曲線とスペクトルを再現した。
• 56Ni/56Co質量比を、前身星質量を推定するための主要な診断指標として用い、0.5未満の値はチャンドラセカール質量の起源を示唆する。
• 母銀河の金属量と運動学的性質を統合し、質量の大きな前身星系の可能性を評価し、前身星の進化経路を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Caを強く示す1991bg型超新星2016hnkの前身星質量は何か？ これは通常の準チャンドラセカール質量のシナリオから逸脱しているか？
• RQ2 2016hnkで観測された高濃度の56Niと低濃度の56Ni/56Co比は、チャンドラセカール質量の白色矮星に一致する遅延炎燃焼モデルで説明可能か？
• RQ3 母銀河の運動学的性質と金属量は、前身星の進化歴と環境をどの程度制約するか？
• RQ4 どのような物理的メカニズムが、より高い光度と56Ni生成量を示す1991bg型超新星を生じさせるのか？ これはより質量の大きな爆発に類似している。
• RQ5 観測された爆発的特徴は、前身星系における対流的Urca過程か、急速な降着率に起因しているのか？

主な発見

• SN 2016hnkの爆発は、56Ni質量が約0.8 M☉に達する遅延炎燃焼モデルで最もよく適合する。これは通常の1991bg型超新星よりも顕著に高い。
• 56Ni/56Co質量比は0.5未満と推定され、これはチャンドラセカール質量の前身星を示す重要な指標である。
• 母銀河MCG -01-06-070の統合場分光測定により、星の速度分散が180 km s⁻¹、金属量が12 + log(O/H) ≈ 8.5であることが判明し、質量の大きな前身星環境と整合的である。
• 光曲線とスペクトルの進化は、通常のSNe Iaよりも速い減光を示すが、通常の1991bg型超新星よりも高いピーク光度を示しており、よりエネルギーの高い爆発であることを示唆している。
• スペクトルモデリングにより、v ≈ 15,000 km s⁻¹の高エネルギーCa II赤外帯域成分が確認され、効率的な混合と中心に集中した爆発が示され、質量の大きな白色矮星に一致する。
• 高濃度の56Ni生成、低濃度の56Ni/56Co比、および母銀河の性質の組み合わせは、強力にチャンドラセカール質量の起源を支持しており、1991bg型超新星が常に準チャンドラセカール質量の出来事に限られるという従来の分類を挑戦するものである。