[論文レビュー] Signatures of Bi-Modality in Nebular Phase Type Ia Supernova Spectra: Indications of White Dwarf Collision Progenitors

P. Vallely, M. A. Tucker+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、47例のうち8例のIa型超新星のネーブラー期スペクトルにおいて二峰性のドップラー速度分布を同定し、白色矮星同士の衝突が超新星の前身星メカニズムであるという観測的証拠を提供している。二峰性の特徴は、二重ピークまたは平らな頂部を持つ線として現れ、平均して0.4マグニチュード明るさが低いピーク等級と相関しており、ほぼ正面衝突の理論的モデルと一致しており、観測方向依存の$^{56}$Ni生成量を示している。

ABSTRACT

One observational prediction for Type Ia supernova (SNe Ia) explosions produced through white dwarf-white dwarf collisions is the presence of bimodal velocity distributions for the $^{56}$Ni decay products. These bimodal velocity distributions can manifest as double-peaked or flat-topped spectral features in late-time spectroscopic observations for favorable viewing angles. We present nebular phase spectroscopic observations of 17 SNe Ia obtained with the Large Binocular Telescope (LBT). Combining these observations with an extensive search of publicly available archival data, we collect a total sample of 47 SNe Ia and classify them based on whether they show compelling evidence for bimodal velocity profiles. We identify 8 bimodal SNe in our sample, and we find that these SNe have average peak $M_V$ about 0.4 mag fainter than those which do not. This is consistent with theoretical predictions for explosions created by nearly head-on collisions of white dwarfs due to viewing angle effects and $^{56}$Ni yields.

研究の動機と目的

• 白色矮星同士の衝突が$^{56}$Ni崩壊生成物に二峰性の速度分布を生じるという観測的予測を検証すること。
• ネーブラー期スペクトルにおいて明確な二峰性速度プロファイルを示すIa型超新星を特定・分類すること。
• 二峰性を示すSNe Iaが、非二峰性SNe Iaと比較してピーク光度に系統的差異を示すかどうかを調査すること。
• 観測された光度差が、衝突誘発SNe Iaの理論的予測と一致するかどうかを評価すること。
• 観測方向と$^{56}$Ni生成量が、衝突生成SNe Iaのスペクトル的・光度的性質をどのように決定づけるかを評価すること。

提案手法

• 大型二重望遠鏡（LBT）を用いて17例のSNe Iaのネーブラー期分光データを取得した。
• 公開のアーカイブデータベースを活用して、包括的分析のためのサンプルを47例に拡大した。
• 視覚的検査により、二重ピークまたは平らな頂部を持つ特徴を示すスペクトルプロファイルに基づき、各SNe Iaを分類した。
• 二峰性と非二峰性SNe Iaの間でピーク絶対等級（$M_V$）を比較し、光度差を評価した。
• ほぼ正面衝突の白色矮星衝突の理論的モデルと観測された光度オフセットの整合性を評価した。
• 観測方向依存の$^{56}$Ni生成量予測を用いて、0.4マグニチュードの観測された明るさのオフセットを解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 白色矮星同士の衝突前身星に対して予測されるように、Ia型超新星のネーブラー期スペクトルに二峰性速度プロファイルが観測される例はあるか？
• RQ2 二峰性速度プロファイルを示すSNe Iaのピーク等級は、その特徴を持たないSNe Iaと比較してどうなるか？
• RQ3 二峰性と非二峰性SNe Iaの間の観測された明るさの差は、衝突誘発爆発の理論的モデルと整合しているか？
• RQ4 観測方向効果と$^{56}$Ni生成量が、衝突生成SNe Iaの観測スペクトル的・光度的性質に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ5 二峰性速度プロファイルは、白色矮星衝突前身星チャネルの特徴的な観測的シグネチャーとして機能するか？

主な発見

• 47例のサンプルのうち8例のSNe Iaが、ネーブラー期スペクトルにおいて二峰性速度プロファイルの明確な証拠を示している。
• 二峰性SNe Iaの平均ピーク絶対等級（$M_V$）は、非二峰性SNe Iaと比較して0.4マグニチュード明るさが低い。
• この明るさのオフセットは、観測方向が$^{56}$Ni生成量に影響するほぼ正面衝突の理論的予測と一致している。
• 二重ピークまたは平らな頂部を持つスペクトル特徴の存在は、$^{56}$Ni崩壊生成物における二峰性速度分布の存在を支持している。
• 二峰性プロファイルと明るさの低い値の相関関係は、白色矮星衝突が実用的なSNe Ia前身星メカニズムであるという主張を強化している。
• 本研究の結果は、白色矮星衝突モデルの重要な予測に対する観測的裏付けを提供しており、他の前身星シナリオと比較してその信ぴょう性を高めている。