[論文レビュー] Oxygen issue in Core Collapse Supernovae

A. Elmhamdi|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、26例のコアコリプス超新星（CCSNe）におけるネーブュラー [O I] 6300,6364 Å線の放射を分析し、酸素質量および光学的厚さの時間的変化を推定する。線の放射度と輝度比を用いて酸素および 56Ni の質量を導出し、[O/Fe]比と噴出物質量によって区別される2つの明確な集団（タイプIIおよびIb-c SNe）を特定した。これにより、前身星の質量および銀河内化学的増幅のメカニズムに新たな知見が得られた。

ABSTRACT

We study the spectroscopic properties of a selected sample of 26 events within Core Collapse Supernovae (CCSNe) family. Special attention is paid to the nebular oxygen forbidden line [O I] 6300,6364Å doublet. We analyze the line flux ratio "$F_{6300}/F_{6364}$", and infer information about the optical depth evolution, densities, volume-filling factors in the oxygen emitting zones. The line luminosity is measured for the sample events and its evolution is discussed on the basis of the bolometric light curve properties in type II and in type Ib-c SNe. The luminosities are then translated into oxygen abundances using two different methods. The resulting oxygen amounts are combined with the recovered $^{56}$Ni masses and compared with theoretical models by means of the "$[O/Fe] .vs. M_{ms}$" diagram. Two distinguishable and continuous populations, corresponding to Ib-c and type II SNe, are found. The higher mass nature of the ejecta in type II objects is also imprinted on the [Ca II] 7291,7324Å over [O I] 6300,6364Å luminosity ratios. Our results may be used as input parameters for theoretical models studying the chemical enrichment of galaxies.

研究の動機と目的

• 26例のコアコリプス超新星（CCSNe）の後期ネーブュラー状態における [O I] 6300,6364 Å線の放射度と輝度比 F6300/F6364 を定量すること。
• ネーブュラー線の放射度と光学的厚さの制約に基づく2つの独立した手法を用いて酸素質量を推定すること。
• ボリオメトリック光曲線から導出した 56Ni の質量と組み合わせることで、[O/Fe] と前身星質量の関係を評価すること。
• [Ca II]/[O I] などの輝度比を用いて、タイプIIとIb-c SNeの間の噴出物質量および組成の違いを調査すること。
• 銀河内化学的進化モデルに用いる理論的CCSNe産物関係に対する観測的制約を提供すること。

提案手法

• SUSPECTおよびCfAアーカイブのデータを用いて、26例のCCSNeの後期ネーブュラースペクトルから [O I] 6300,6364 Å線の放射度を測定した。
• ケースB再結合を仮定して、光学的厚さおよび酸素放射領域の密度構造を推定するため、輝度比 F6300/F6364 を計算した。
• 2つの手法を用いて酸素質量を推定した：1つは放射度と体積分率に基づくもの、もう1つは光学的厚さと電子密度に基づくもの。
• 放射性崩壊エネルギー供給を仮定して、ボリオメトリック光曲線を用いて 56Ni の質量を 56Co の崩壊勾配から導出した。
• 噴出物質量および前身星コア質量のトレーサーとして、[Ca II] 7291,7324 Å / [O I] 6300,6364 Å 輝度比を計算した。
• 理論的モデル（Woosley & Weaver 1995, Thielemann et al. 1996, Nomoto et al. 1997）を用いて、初期質量との関係で [O/Fe] をプロットし、観測された産物と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ネーブュラー状態におけるタイプII、IIb、Ib、Ic SNeの間で、[O I] 6300,6364 Å線の放射度と F6300/F6364 輝度比はどのように変化するか？
• RQ2 CCSNeにおける推定された酸素質量は何か？ また、光曲線から導出された 56Ni の質量とどのように相関するか？
• RQ3 CCSNeにおける観測された [O/Fe] 比は連続的で二峰性の分布を示すか？ もしそうならば、これにより前身星質量および爆発物理学にどのような示唆が得られるか？
• RQ4 [Ca II]/[O I] 輝度比はCCSNeのタイプによってどのように変化するか？ また、これは前身星コア質量のトレーサーとして有効か？
• RQ5 観測された酸素および鉄産物は、前身星質量範囲にわたって理論的CCSNeモデルとどの程度一致するか？

主な発見

• タイプIIとIb-c SNeの間で、[O I] 6300,6364 Å線の放射度と F6300/F6364 輝度比に体系的な差が認められ、酸素放射領域の密度および光学的厚さが異なることを示している。
• ネーブュラー線放射度から導出した酸素質量は約0.3から約6 M☉の範囲にあり、特にSN 1998bwのようなIc SNeで最大値（5–6 M☉）を示し、高い噴出物質量と低い希釈度を示唆している。
• [Ca II]/[O I] 輝度比は、タイプII SNeの方がIb-c SNeよりも顕著に高く、より大きな噴出物質量を示しており、これにより前身星質量がより高いことが一貫している。
• [O/Fe] 対 Mms 図において、2つの明確で連続的な集団が出現した：タイプII SNeは高い [O/Fe] と低い質量を示し、Ib-c SNeは低い [O/Fe] と高い質量を示した。理論的モデルと一致した。
• 導出された酸素質量と 56Ni の質量の組み合わせは、Woosley & Weaver (1995)、Thielemann et al. (1996)、Nomoto et al. (1997) の理論的産物と良好に一致しており、銀河内化学的進化モデルへの応用が妥当であることを支持している。
• 本研究は、酸素が初期銀河内化学的増幅の主要なトレーサーであることを確認した。[O/Fe] > 0 である銀河 halo 星の観測は、大質量星からの寄与が支配的であることを示しており、観測されたCCSNe産物と整合的である。