[論文レビュー] SNIa light curves and radioactive decay

E. Cappellaro, P. A. Mazzali+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 1997

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、5つのIa型超新星のVバンド光曲線を分析し、放射性崩壊がその明るさをどのように駆動しているかを調査する。モンテカルロ光曲線モデルを用いた結果、観測された明るさの違いは時間とともに持続し、さらに拡大する。これには、56Ni質量が0.1–1.1 M☉、噴出物質量が0.7–1.4 M☉の範囲が必要であり、特にSN 1992Aにおいては陽電子捕獲の違いも示唆される。

ABSTRACT

The absolute V light curves of 5 SNe Ia, selected to represent the known range of absolute luminosities at maximum for this class of objects, are presented. Comparison of the long term luminosity evolution shows that the differences seen at maximum persist, and actually increase with time, einforcing the notion that intrinsic differences do exist among SNe Ia. Since such differences are not accounted for in the standard progenitor scenario, it becomes important to derive constraints for the models directly from the observations. In order to investigate the influence of the two most important parameters, that is the masses of the synthesized radioactive material and of the ejecta, a simple MC light curve model was used to simulate the luminosity evolution from the explosion to very late epochs (~1000 days). It was found that the observations require a range of a factor 10 in the masses of the radioactive material synthesized in the explosion (Mni= 0.1-1.1 Msun,) and a factor 2 in the total mass of the ejecta (Mej = 0.7-1.4 Msun). Differences of a factor 2 in Mni seem to be present even among `normal' SNe Ia. Some evidence was also found that the deposition of the positrons from Co decay varies from object to object, and with time. In particular, the latest HST observations of SN 1992A seem to imply complete trapping of the positrons.

研究の動機と目的

• SNe Iaの明るさの多様性の起源を、光曲線の分析によって理解すること。
• 固有の放射性崩壊生成物および噴出物の性質の違いが、観測された明るさの変動を説明できるかどうかを特定すること。
• 観測された光曲線データから直接、56Ni質量および全噴出物質量といったモデルパラメータを制約すること。
• 特に遅い時期の観測において、異なるSNe Ia間で陽電子エネルギーの賦存効率にばらつきがあるかどうかを調査すること。

提案手法

• 既知の明るさの範囲をカバーする代表的な最大絶対等級を持つ5つのSNe Iaを選定した。
• 爆発後約1000日までの明るさの時間的変化をシミュレートするため、モンテカルロ（MC）光曲線モデルを用いた。
• 56Ni崩壊に伴うエネルギー賦存と、その後の56Co崩壊をモデル化し、陽電子捕獲とエネルギー賦存効率も含めた。
• 観測されたVバンド光曲線にモデルをフィットさせ、56Ni質量および全噴出物質量の制約を導出した。
• 特にSN 1992Aの遅い時期のデータを、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）から得たデータを組み込み、陽電子捕獲の挙動を評価した。
• モデル出力と観測結果を比較し、整合性を評価するとともに、追加の物理的パラメータを必要とする乖離を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SNe Ia間の明るさの違いは、時間経過とともにどの程度持続し、どのように変化するか？
• RQ2 観測されたSNe Iaの明るさ多様性を再現するには、どの程度の56Ni質量の範囲が必要か？
• RQ3 全噴出物質量のばらつきが、観測された光曲線の時間的変化にどのように影響するか？
• RQ4 56Co崩壊中の陽電子エネルギー賦存効率に、対象ごとの違いが観測される証拠はあるか？
• RQ5 SN 1992Aの遅い時期のHST観測結果は、SNe Iaにおける陽電子捕獲にどのような示唆をもたらすか？

主な発見

• 最大明るさ時に観測された明るさの違いは、時間の経過とともに持続し、さらに拡大する。これはSNe Iaに固有の多様性があることを示唆する。
• 観測された明るさのばらつきを再現するには、56Ni質量が0.1から1.1 M☉の範囲をとる必要がある。これは、放射性ニッケル生成量に10倍のばらつきがあることを意味する。
• 全噴出物質量は0.7から1.4 M☉の間で変動しており、サンプル全体で2倍のばらつきがあることを示している。
• 「通常」のSNe Iaの中でも、56Ni質量に最大で2倍の差が認められ、これは前身天体系の固有の多様性を示唆している。
• SN 1992Aの遅い時期のHSTデータからの証拠は、陽電子がほぼ完全に捕獲されていることを示しており、エネルギー賦存効率が対象に依存することを示唆している。
• 陽電子賦存効率のばらつきは、標準的なモデルでは説明されておらず、SNe Iaモデルにおけるエネルギー輸送の仮定の見直しが必要となる可能性がある。