[論文レビュー] POLARIZED LINE PROFILES AS DIAGNOSTICS OF CIRCUMSTELLAR GEOMETRY IN TYPE IIN SUPERNOVAE

Jennifer L. Homan|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、散乱、吸収、熱放射、および複雑な周囲星間物質の幾何構造を考慮した、Type IIn超新星における偏光Hα線幅を再現するためのモンテカルロ放射遷移コードを開発した。その結果、Hαの静止波長における狭帯域の偏光特徴を再現するには、光球面と周囲星間物質シェルの間の衝撃波領域が不可欠であることが判明し、周囲星間物質の構造と運動論的特性を解明するための新たな診断法が得られた。

ABSTRACT

Supernovae of Type IIn possess spectral signatures that indicate an intense interaction between the supernova ejecta and surrounding dense circumstellar material cast o by the star in pre-explosion mass-loss episodes. Studying this interaction can yield clues to the nature of Type IIn progenitors and their mass loss history. In particular, polarization spectra of Type IIn’s show complex line polarization and position angle features that arise from a combination of geometrical and optical eects. I have constructed a Monte Carlo code that simulates the transfer of the H line through circumstellar shells with various geometrical congurations and optical characteristics. The superposition of broad and narrow line components produced in dieren t regions of the circumstellar environment and modied by electron and line scattering, hydrogen absorption, thermal emission, and geometrical and viewing angle eects gives rise to a variety of polarized line shapes in the model spectra. Comparison of these results with recent high-quality spectropolarimetric observations of Type IIn supernovae suggests that a model \shock region between the supernova photosphere and the circumstellar shell is necessary to produce the narrow polarized emission features at the rest wavelength of H seen in some IIn’s. Further model results point toward other features in the polarized line prole that can be used to constrain the characteristics of the circumstellar material in these intriguing objects. The code’s usefulness will be extended by the treatment of Doppler eects due to expansion of the circumstellar scattering region, such as those that characterize the polarized H proles of the Type IIn SN 1997eg.

研究の動機と目的

• Type IIn超新星における複雑な偏光線幅の起源を理解すること。これは、噴出物と高密度の周囲星間物質との相互作用に起因する。
• 非対称な散乱と観測視角依存の偏光特徴を示す分光偏光観測の解釈の難しさに対処すること。
• 観測された偏光線形状と周囲星間物質シェルの幾何構造および光学的性質を結びつける物理的根拠に基づいたモデルを構築すること。
• Type IIn超新星の前身星における周囲星間物質の構造と運動論的特性を制限するための、偏光線幅に現れる診断的特徴を同定すること。

提案手法

• 周囲星間物質シェルの幾何構造と光学的性質を変化させた場合のHα光子の伝播をシミュレートするためのモンテカルロ放射遷移コードを開発した。
• 電子散乱、線幅散乱、水素吸収、熱放射に加え、観測視角や非対称性といった幾何的効果をモデルに組み込んだ。
• 周囲星間環境の異なる領域から生じる広帯域および狭帯域成分の重ね合わせを計算し、観測された線幅を再現した。
• 特にSN 1997egにおいて重要な、散乱領域の膨張に起因するドップラーシフトをコードに組み込んだ。
• 高品質な分光偏光観測データとモデルスペクトルを比較し、一貫性を検証するとともにパラメータを制約した。
• 観測された偏光特徴、特にHαの静止波長における狭帯域の偏光成分を再現できるように、モデルを繰り返し調整した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一部のType IIn超新星で観測された、Hαの静止波長における狭帯域の偏光Hα発光特徴を再現するには、どのような周囲星間物質の幾何構造が必要か？
• RQ2 非対称な周囲星間環境において、電子散乱および線幅散乱、および吸収が、Hα線の偏光にどのように影響を与えるか？
• RQ3 観測視角およびシェルの幾何構造が、観測された線幅プロファイルおよび偏光位置角特徴に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ4 光球面と周囲星間物質シェルの間に衝撃波領域が存在することで、観測されたHαにおける狭帯域の偏光発光を説明できるか？
• RQ5 周囲星間物質の運動論的特性と密度構造を制限するために、偏光線幅に現れるどのような特徴が利用可能か？

主な発見

• 一部のType IIn超新星で観測された、Hαの静止波長における狭帯域の偏光発光特徴を再現するには、超新星の光球面と周囲星間物質シェルの間の衝撃波領域が不可欠である。
• 散乱、吸収、熱放射、幾何的非対称性の共同効果によって、モデルは複雑な偏光線幅プロファイルを成功裏に再現した。
• 線幅プロファイルにおける偏光特徴は、観測視角および散乱物質の空間分布に敏感であり、周囲星間物質の幾何構造を診断する上で強力なツールとなった。
• モデルは、膨張する周囲星間物質シェルに起因するドップラーシフトが、Hαプロファイルの形状および偏光に顕著に影響を与えると予測しており、SN 1997egのような対象において特に重要である。
• 偏光線幅プロファイルに現れる特定の特徴（例えば、偏光の谷の深さや幅）は、周囲星間物質の密度および運動論的特性を制限するために利用可能である。
• ドップラー効果を組み込んだコードの拡張により、高分解能分光偏光データとの一致度が向上し、今後の観測比較における実用性が向上した。