[論文レビュー] Quark Nova Signatures in Super-luminous Supernovae

M. Kostka, Nico Koning+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、二重ショックを持つクォークノヴァ（dsQNe）が、超高出力超新星（SLSNe）の極めて高い明るさと多様な光曲線を説明できると提唱している。コアコラプス超新星に続くクォークノヴァ爆発からのエネルギー注入をモデル化することで、SNとQNの爆発の時間差（数日から数年）が、観測されたSLSN光曲線の多様な形態、特にピークの明るさと減光幅を自然に説明できることを示している。このモデルは、3つのSLSNeで観測された特異なHαスペクトルプロファイルを再現し、独自の化学組成の特徴と二重X線バーストを予測する。

ABSTRACT

Recent observational surveys have uncovered the existence of super-luminous supernovae (SLSNe). While several possible explanations have been put forth, a consensus description for SLSNe has yet to be found. In this work we study the light curves of eight SLSNe in the context of dual-shock quark novae. We find that progenitor stars in the range of 25-35 $M_{\sun}$ provide ample energy to power each light curve. An examination into the effects of varying the physical properties of a dual-shock quark nova on light curve composition is undertaken. We conclude that the wide variety of SLSN light curve morphologies can be explained predominantly by variations in the length of time between supernova and quark nova. Our analysis shows that a singular H$α$ spectral profile found in three SLSNe can be naturally described in the dual-shock quark nova scenario. Predictions of spectral signatures unique to the dual-shock quark nova are presented.

研究の動機と目的

• 二重ショッククォークノヴァ（dsQNe）が、超高出力超新星（SLSNe）のエネルギー供給と光曲線の多様性を説明できるかどうかを調査すること。
• コアコラプス超新星とクォークノヴァの間の時間遅れが、SLSN光曲線の形態に与える影響を特定すること。
• モデルが、SN 2006gy、SN 2006tf、SN 2007biの3つのSLSNeで観測された特異なHαプロファイルを再現できるかを検証すること。
• dsQNeによる化学組成の異常や二重X線バーストといった、独自の観測的特徴を予測すること。

提案手法

• 本研究では、8つのSLSNeの光曲線を、コアコラプス超新星に続くクォークノヴァからのエネルギー注入を仮定した二重ショッククォークノヴァ（dsQN）エネルギー注入メカニズムを用いてモデル化した。
• 連続放射のシミュレーションには、方程式（1）および（2）を用いた放射輸送係数を設定し、再結合に類似した放出過程を示唆するフィットを実施した。
• 光曲線の形状、ピークの明るさ、減光速度への影響を評価するために、超新星とクォークノヴァの爆発の時間差を変化させた。
• スペクトル的特徴は、内層（熱的幅広がり）と拡散したエンベロープ（吸収特徴）の寄与を組み合わせることでモデル化され、特にHαに対して注目した。
• 化学組成の予測は、QN噴出物によるSNエンベロープ層のスパラレーションに依存し、時間遅れとエンベロープ密度に依存する。
• X線バーストの予測は、SNおよびQNのショックブレイクに起因し、時間遅れに応じてピークが重複するか、分離するかの両方が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重ショッククォークノヴァモデルは、ピークの明るさや減光幅に差がある多様なSLSNeの光曲線を再現できるか？
• RQ2 超新星とクォークノヴァの爆発の時間遅れが、SLSN光曲線の形態にどのように影響を与えるか？
• RQ3 モデルは、SN 2006gy、SN 2006tf、SN 2007biで観測された特異なHαスペクトルプロファイルを説明できるか？
• RQ4 dsQNモデルによるSNエンベロープ層のスパラレーションによって予測される独自の化学組成の特徴は何か？
• RQ5 dsQNモデルは、二重ピークのX線バーストを含む観測されたX線バーストの特徴を説明できるか？

主な発見

• 25–35 M☉の質量範囲の前身星は、dsQNモデルにおいて観測されたSLSNeの明るさを駆動するのに十分なエネルギーを供給する。
• 超新星とクォークノヴァの間の時間遅れが、SLSN光曲線の形態を決定づける主要要因である：短い時間遅れでは明るく狭いピークが得られ、長い時間遅れでは明るさが低く広がった光曲線が得られる。
• モデルは、3つのSLSNeにおける特異なHαプロファイルを成功裏に再現した。広がった発光は内層からの熱的幅広がりに起因し、青側の吸収はエンベロープの拡散に起因する。
• 短い時間遅れでは、スパラレーションにより⁵⁶Ni層が破壊され、Ti、V、Cr、Mnなどの⁵⁶Ni未満の元素が生成され、外層にFeが豊富に蓄積される。
• 長い時間遅れでは、C/O層のスパラレーションにより、残渣物にリチウムの過剰が生じる。これはdsQNシナリオに特有の化学的特徴である。
• モデルは、SNおよびQNのショックブレイクに起因する2つの明確なX線バーストを予測し、時間遅れに応じてピークが重複するか、分離するかの両方が可能である。