[論文レビュー] SN 2017fgc: A Fast-Expanding Type Ia Supernova Exploded in Massive Shell Galaxy NGC 474

Xiangyun Zeng, Xiaofeng Wang+32 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 208被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、質量の大きなシェル銀河NGC 474に存在する、高速膨張型Type Ia超新星SN 2017fgcの広範な photometricおよびspectroscopic観測を提示する。超新星は高エネルギー噴出物（Si II速度 ≈15,000 km s⁻¹）、強化されたFe IIおよび中間質量元素（IME）の吸収特徴、およびi/rバンドにおける顕著な二次的ピークを示しており、これはより完全な燃焼または高い前身星金属量を示しており、若く金属豊富な星間環境に生まれたことに一致する。

ABSTRACT

We present extensive optical photometric and spectroscopic observations of the high-velocity (HV) Type Ia supernova (SN Ia) 2017fgc, covering the phase from $\sim$ 12 d before to $\sim 389$ d after maximum brightness. SN 2017fgc is similar to normal SNe Ia, with an absolute peak magnitude of $M_{ m max}^{B} \approx$ $-19.32 \pm 0.13$ mag and a post-peak decline of ${\Delta}m_{15}(B)$ = $1.05 \pm 0.07$ mag. Its peak bolometric luminosity is derived as $1.32 \pm 0.13) imes 10^{43} $erg s$^{-1}$, corresponding to a $^{56}$Ni mass of $0.51 \pm 0.03 M_{\odot}$. The light curves of SN 2017fgc are found to exhibit excess emission in the $UBV$ bands in the early nebular phase and pronounced secondary shoulder/maximum features in the $RrIi$ bands. Its spectral evolution is similar to that of HV SNe Ia, with a maximum-light Si II velocity of $15,000 \pm 150 $km s$^{-1}$ and a post-peak velocity gradient of $\sim$ $120 \pm 10 $km s$^{-1} $d$^{-1}$. The Fe II and Mg II lines blended near 4300 {\AA} and the Fe II, Si II, and Fe III lines blended near 4800 {\AA} are obviously stronger than those of normal SNe Ia. Inspecting a large sample reveals that the strength of the two blends in the spectra, and the secondary peak in the $i/r$-band light curves, are found to be positively correlated with the maximum-light Si II velocity. Such correlations indicate that HV SNe~Ia may experience more complete burning in the ejecta and/or that their progenitors have higher metallicity. Examining the birthplace environment of SN 2017fgc suggests that it likely arose from a stellar environment with young and high-metallicity populations.

研究の動機と目的

• SN 2017fgcの光学的光曲線およびスペクトル的進化を、Bバンド最大光度から前後389日までの広い位相範囲で特徴づけること。
• 高速噴出物と前身星金属量の関係をType Ia超新星において調査すること。
• 周囲星間物質および環境的条件が、SN 2017fgcの観測された光度的およびスペクトル的特徴に与える影響を検討すること。
• 全エネルギー保存則（Arnettの1982年モデル）を用いて、⁵⁶Ni質量およびピーク光度を導出すること。

提案手法

• LJT、XLT、Lick、LCOネットワークなどの複数の望遠鏡を用いて、UBVRIバンドの複数エポックの光学的photometryを取得し、光曲線を構築した。
• 高分解能スペクトロスコピーを用いて、特に4300 Åおよび4800 Å付近でのSi II、Fe II、Mg II線のドップラー速度および強度を測定した。
• エネルギー保存則（Arnettの1982年モデル）を用いて全エネルギー保存則に基づく全波長光曲線を構築し、ピーク光度および⁵⁶Ni質量を導出した。
• 宿主銀河のスペクトルエネルギー分布（SED）を用いた星族合成モデルを適用し、超新星発生地点の星族の年齢および金属量を推定した。
• HV型SNe Iaのサンプルにおいて、Si II速度とスペクトル的特徴（Fe II/IME混合、i/rバンドの二次的ピーク）との相関分析を実施した。
• 宿主銀河環境分析では、深紫外画像およびSEDフィッティングを用いて、銀河中心からの相対的位置およびガスブリッジの形状的特徴を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2017fgcの光度的およびスペクトル的性質は、最大光度前から遅いネバラス位相に至るまで、どのように変化するか？
• RQ2 SN 2017fgcにおけるFe IIおよびIME吸収特徴の強度は、高Si II速度およびi/rバンドにおける二次的ピークの有無とどのように相関するか？
• RQ3 SN 2017fgcの推定された⁵⁶Ni質量およびピーク全波長光度は何か？ それらは爆発エネルギーにどのような示唆を含むか？
• RQ4 SN 2017fgc発生地点の星族の金属量および年齢は何か？ これにより前身星系との関係はどのように解釈されるか？
• RQ5 SN 2017fgcのようなHV型SNe Iaにおいて、初期のUBV過剰放射および顕著な二次的ピークを示す物理的メカニズムは何か？

主な発見

• SN 2017fgcのピーク絶対等級は M_B_max ≈ −19.32 ± 0.13 mag であり、ピーク後の減光率は ∆m15(B) = 1.05 ± 0.07 mag であった。
• ピーク全波長光度は (1.32 ± 0.13) × 10⁴³ erg s⁻¹ であり、⁵⁶Ni質量は 0.51 ± 0.03 M⊙ に相当する。
• 超新星は初期ネバラス位相においてUBVバンドに過剰放射を示し、RrIiバンドでは顕著な二次的ピークを示した。
• 最大光度時におけるSi II λ6355のドップラー速度は 15,000 ± 150 km s⁻¹ に達し、高速（HV）クラスに分類された。
• 4300 Å付近のFe IIおよびMg II混合、および4800 Å付近のFe II、Si II、Fe III混合は、通常のSNe Iaよりも顕著に強く観測された。
• Si II速度と4300 Åおよび4800 Å付近のスペクトル混合の強度、およびi/rバンドの二次的ピーク振幅との間には正の相関が確認され、より完全な燃焼または高い前身星金属量を示唆する。