[論文レビュー] Quantitative Classification of Type I Supernovae Using Spectroscopic Features at Maximum Brightness

Fengwu Sun, A. Gal‐Yam|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、超新星のスペクトルにおけるピーク明るさ時の線幅深さ測定を用いて、タイプI超新星を定量的・経験的に分類する手法を提案する。6150Å（Si II/O Iに起因）および7774Å（O I）における吸収深さを測定することで、SNe Ia、Ib、Icおよび遷移的Ib/c型を信頼性高く区別可能であり、Ia-2002cxおよびIc-BLを除くすべての例に適用可能で、主観的なスペクトル特徴の同定に代わる再現性の高い代替手法を提供する。

ABSTRACT

We present a set of new quantitative classification criteria for major subclasses of Type I Supernovae (SNe). We analyze peak spectra of 146 SNe Ia from the Berkeley Supernova Ia Program (BSNIP), 12 SNe Ib, 19 SNe Ic (including 5 SNe Ic-BL) and 4 SNe Ib/c. All the spectra are within 5 days of maximum light. We study their absorption line depths relative to the pseudo-continuum at around observed wavelength 6150Å, attributed to Si II 6355Å for SNe Ia and Ic and to hydrogen for SNe Ib, and O I $λ7774$Å observed around $λ7500$Å. We found that Type I SNe could be quantitatively classified using the line depths at these two absorption regions. Type Ia SNe, including normal SNe Ia, Ia-1991bg and Ia-1999aa, show strong signatures of Si II near peak with relative line depth values of $a{ m (\lambda6150Å)>0.35}$. Only SNe Ia-2002cx (Iax) do not satisfy this criterion, while the $a{ m (O\ I\ λ7774Å)}$ index can separate SNe Ia-1991bg and Ia-1999aa cleanly. Type Ib SNe satisfy that $a{ m (\lambda6150Å)<0.35}$ and $a{ m (\lambda6150Å)} / a{ m (O\ I\ λ7774Å)>1}$, while regular Type Ic SNe show $a{ m (\lambda6150Å)<0.35}$ but $a{ m (\lambda6150Å)} / a{ m (O\ I\ λ7774Å)<1}$. These quantitive classification criteria work well for the majority of normal Type I SN subclasses. Peculiar SNe Ia-2002cx and SNe Ic-BL are the exception. We apply these criteria to provide clear identifications to intermediate or unclear SNe Ib/c. The results show good consistency with classification using specific spectral line features. Though there are still some puzzles about the physical mechanisms driving the diverse line ratios, our method is an accurate empirical method to identify the majority of Type I SNe.

研究の動機と目的

• 従来の分光的分類における主観性を克服する、定量的かつ再現性のあるタイプI超新星分類システムの構築を目的とする。
• H/He特徴の欠如に基づくSNe Icの定義の曖昧さを解消し、肯定的で測定可能な基準を導入することを目的とする。
• SNe Ib/cの中間的または定義が不明瞭な対象を、測定可能な線幅深さ比に基づいて明確に分類する、明確で経験的な手法を提供することを目的とする。
• Ia-2002cxやIc-BLのような特異な事例を含む多様なタイプI SN亜群にわたるこの手法の頑健性を検証することを目的とする。
• SNe IbおよびIcを分類する際に弱いまたは曖昧なHe I特徴の同定に依存するのを減らし、分類の正確性を向上させることを目的とする。

提案手法

• 最大光から5日以内に取得された超新星スペクトルにおいて、6150Åおよび7774Åにおける相対的線幅深さ（a(λ)）を測定する。
• スペクトル的文脈に基づき、SNe IaおよびIcでは6150Å特徴をSi II λ6355Åに、SNe IbではH Iに起因すると特定する。
• 7500ÅにおけるO I λ7774Å特徴を基準として用い、6150Å深さを比に基づく分類に正規化する。
• 分類の閾値を定義する：SNe Ia（Ia-2002cxを除く）に対してa(6150Å) > 0.35、SNe Ibに対してa(6150Å)/a(O I 7774Å) > 1、SNe Icに対して< 1とする。
• 181個のピークスペクトル（146個のSNe Ia、12個のSNe Ib、19個のSNe Ic（うち5個がIc-BL）および4個の曖昧なIb/c対象）にこの手法を適用する。
• He I特徴の同定に基づく従来の分類と比較することで結果を検証し、高い一貫性を示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ピーク明るさにおける線幅深さ比に基づく定量的・経験的な手法が、主要なタイプI SN亜群を信頼性高く分類できるか？
• RQ2 6150Åおよび7774Åにおける線幅深さ比は、SNe Ia、Ib、Icをどのように区別するか？また、これらのクラスを定義する閾値は何か？
• RQ3 この手法は、He I特徴の検出に依存しないで、遷移的または定義が不明瞭なSNe Ib/cの分類の曖昧さをどの程度解消できるか？
• RQ4 Ia-2002cxおよびIc-BL事例が、確立された分類基準から外れる理由は何か？これはそれらの物理的性質にどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 a(6150Å)/a(O I 7774Å)線幅深さ比の物理的意味は何か？また、これからの超新星爆発メカニズムのモデルにどのように寄与するか？

主な発見

• Ia-2002cxを除くSNe Iaは一貫してa(6150Å) > 0.35を示し、強力なSi II吸収を示す一方、SNe IbおよびIcはこの閾値を超えない。
• SNe Ibはa(6150Å)/a(O I 7774Å) > 1を示し、O I吸収が6150Å特徴に対して浅いことを示し、SNe Icとは明確に区別される。
• SNe Icはa(6150Å)/a(O I 7774Å) < 1を示し、O I吸収が深いため、SNe Ibとは明確に定量的に区別できる。
• この手法により、4つの曖昧なSNe Ib/cが再分類され、He I特徴検出に基づく従来の分類と一貫性を示した。
• Ia-2002cxおよびIc-BL亜群は依然として外れ値であり、一般の分類スキームに適合しないことから、それらの物理的特異性が浮き彫りになった。
• 線幅深さ比a(6150Å)/a(O I 7774Å)には明確な物理的説明がまだないため、さらなるモデリングの必要性が示唆された。