[論文レビュー] Photometry and spectroscopy of SN 2015bh in the galaxy NGC 2770

V. P. Goranskij, E. A. Barsukova+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、NGC 2770におけるSN 2015bhの光度測定および分光観測を提示し、これは質量の大きな連星系におけるコアコラプスによって引き起こされた失敗した明るい赤色新星であると特定した。この現象の前身星は、明るい青変星（LBV）が伴星と合体した結果、破壊された。この現象は2段階に分けられ、2015aの偽新星爆発段階（Fe IIおよびバルマー線の発光を示す）に続き、2015bの超新星段階（SN IILに類似した光度曲線と絶対等級 M_V = –18.14 ± 0.30を示す）を経験した。これはコアコラプス超新星が明るい赤色新星のシナリオを遮断したことを示している。

ABSTRACT

We present medium-resolution spectroscopy and multicolor photometry for the optical transient PSN J09093496+3307204 (SN 2015bh) in the galaxy NGC 2770, which has transferred into the supernova phase. The observations were carried out between February 2015 to May 2016. Both at the phase of the SN impostor (2015a) and at the supernova phase (2015b), besides Balmer emissions, the strong Fe II emissions are seen in the spectrum; so, these spectra resemble those of Williams Fe II type classical novae. The star is located near the edge of a dark nebula and notably absorbed (Av = 1.14 +/-0.15 mag). Taking into account this absorption, we determined maximum absolute magnitudes of Mv = -15.0 +/-0.3 mag at the 2015a phase and of Mv = -18.14 +/-0.30 mag at the 2015b phase. The light curve at the 2015b phase is similar to those of SN IIL. The supernova progenitor is a luminous blue variable (LBV) star with the powerful Hα emission. We considered several hypotheses of supernovae explosions following optical transients related with LBV. The hypothesis of core collapse of an evolved massive star interrupting the process of its merging with massive companion in a binary system (a failed luminous red nova) was chosen as the preferable one for this event.

研究の動機と目的

• SN 2015bh、NGC 2770における光学的瞬時天体の、2つの明確な段階にわたる光度測定および分光的変化の特徴付け。
• 前身星の性質および2段階にわたる爆発の背後にある物理的メカニズムの特定。
• 本瞬時天体の起源をめぐる競合仮説（失敗した明るい赤色新星、PPI誘発コラプス、連星合体シナリオ）の検証。
• 周囲星間物質および衝撃波ダイナミクスが観測された光度曲線および分光的特徴をどのように形成しているかの評価。

提案手法

• ジョンソン UBVおよびカイニーズ RIバンドにおけるマルチカラー光度測定を、BTA/SCORPIO、SAO RAS、SAI MSU、シメイズ天文台などの複数の望遠鏡を用いて実施した。
• 10.4 m GTC望遠鏡および他の施設を用いた中分解能分光観測により、2015a（偽新星）から2015b（超新星段階）への分光的変化を捉えた。
• 対象が暗黒星間雲に近接していることと分光的特徴から、A_V = 14.1 ± 1.5 mag を用いて減光補正を実施した。
• 光度曲線を標準的な SN IILテンプレートと比較し、減光率の解析により ⁵⁶Co の崩壊が駆動源であると推定した。
• P Cygniプロファイル、Fe II発光、および高速成分の分光的特徴を用いて、噴出物の速度および非対称性を推定した。
• 動力学的モデル化および衝撃波伝播の検討を通じて、特にコアコラプスによる共通包層の膨張の遮断が関与する、失敗した明るい赤色新星仮説の評価を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2015bhで観測された2段階の爆発（予備的爆発に続く超新星爆発）の物理的起源は何か？
• RQ2 主にFe IIおよびバルマー発光で特徴づけられる観測スペクトルは、古典的新星および既知の超新星タイプとどのように比較できるか？
• RQ3 周囲星間物質および衝撃波伝播が光度曲線および分光的変化をどのように形成しているか？
• RQ4 前身星がLBVであるにもかかわらず光度曲線がSN IILに類似しているのはなぜか？これは爆発メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 この現象は、質量の大きな連星系における失敗した明るい赤色新星シナリオによって最も適切に説明できるか？

主な発見

• 瞬時天体SN 2015bhは2つの明確な段階を示した：2015aの偽新星段階（強力なFe IIおよびバルマー発光を示す）と、2015bの超新星段階（SN IILに類似した光度曲線を示す）。
• 減光補正（A_V = 14.1 ± 1.5 mag）を施した後、2015b段階のピークにおける絶対等級は M_V = –18.14 ± 0.30 に達した。
• 両段階の分光観測で強力なFe IIおよびバルマー発光が観測され、ウィリアムズのFe II型古典的新星に類似したスペクトルを示した。Hαの非対称的プロファイルおよびHβで最大18,000 km s⁻¹の高速成分が確認された。
• 分光線に吸収成分が存在することは、拡張した周囲星間物質との相互作用を示しており、これは超新星爆発からの放射圧によって加速された可能性がある。
• 光度曲線の二次的減光率は、⁵⁶Co崩壊からのエネルギー供給と整合的であり、コアコラプス起源を支持する。
• 最も妥当な説明は、失敗した明るい赤色新星である：質量の大きな星が連星系内でコアコラプスを起こし、共通包層の完全な噴出を防ぐ形で合体過程が遮断されたものである。