[論文レビュー] Spectropolarimetry of the Type Ia SN 2019ein rules out significant global asphericity of the ejecta

Kishore C. Patra, Yi Yang+13 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 98被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、高速度Type Ia超新星SN 2019einの複数回測定スペクトル偏光を報告し、連続スペクトルの偏光が低く（0.0–0.3%）かつ偏光位置角が一貫していることから、爆発残骸のほぼ球対称性が示唆される。Si ii λ6355およびCa ii NIR3の線偏光はピーク光度時に約1%に達し、その後も維持される。これは、爆発後1か月間、大きな全体的な非球対称性がないことを示し、合体誘発型および二重炎上着火型の前身星モデルを排除する。

ABSTRACT

Detailed spectropolarimetric studies may hold the key to probing the explosion mechanisms and the progenitor scenarios of Type Ia supernovae (SNe Ia). We present multi-epoch spectropolarimetry and imaging polarimetry of SN 2019ein, an SN Ia showing high expansion velocities at early phases. The spectropolarimetry sequence spans from ∼-11 to +10 d relative to peak brightness in the B band. We find that the level of the continuum polarization of SN 2019ein, after subtracting estimated interstellar polarization, is in the range 0.0-0.3 per cent, typical for SNe Ia. The polarization position angle remains roughly constant before and after the SN light-curve peak, implying that the inner regions share the same axisymmetry as the outer layers. We observe high polarization (∼1 per cent) across both the Si ii λ6355 and Ca ii near-infrared triplet features. These two lines also display complex polarization modulations. The spectropolarimetric properties of SN 2019ein rule out a significant departure from spherical symmetry of the ejecta for up to a month after the explosion. These observations disfavour merger-induced and double-detonation models for SN 2019ein. The imaging polarimetry shows weak evidence for a modest increase in polarization after ∼20 d since the B-band maximum. If this rise is real and is observed in other SNe Ia at similar phases, we may have seen, for the first time, an aspherical interior similar to what has been previously observed for SNe IIP. Future polarization observations of SNe Ia extending to post-peak epochs will help to examine the inner structure of the explosion.

研究の動機と目的

• SN 2019ein、高速度Type Ia超新星の爆発幾何学的構造と前身星状況を解明すること。
• スペクトル偏光の特徴を用いて、残骸に顕著な全体的非球対称性が存在するかを検証すること。
• 特にピーク光度付近および後期にかけての偏光の進化を、残骸全体で分析すること。
• 二重退化型、単一退化型、二重炎上着火型といった代替の前身星モデルが、偏光制約と整合するかを評価すること。
• 後期に顕著な偏光上昇が見られる場合、非球対称な内部構造が現れる可能性を検討し、イオン化状態の変化と関連付けること。

提案手法

• Bバンドピークから−10.9日から+10.1日までの複数回測定スペクトル偏光を実施した。
• ダストモデルを用いて、銀河間偏光を補正した上で、スペクトル全域における連続スペクトルおよび線の偏光を測定した。
• ピーク以降の偏光進化を追跡するために、RINGO3機器を用いた画像偏光観測を実施した。
• 偏光位置角の安定性を分析し、時間経過に伴う残骸の軸対称性を推定した。
• 遅延着火および失敗したフラムゲーションの理論モデルと観測された偏光プロファイルを比較した。
• ~+21日頃の後期に顕著な偏光上昇が見られたが、RINGO3データの系統的不確実性を考慮してその有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2019einの残骸に、連続スペクトル偏光によって示される顕著な全体的非球対称性が存在するか？
• RQ2 Si ii λ6355およびCa ii NIR3の高速度特徴は、非球対称な放射または散乱幾何学的構造と整合するか？
• RQ3 偏光位置角は時間経過に伴い安定しているか？これは、一貫した対称性軸が存在することを示唆するか？
• RQ4 ~+21日頃に観測された後期の偏光上昇は、内部に非球対称なエネルギー源が存在することを示唆する内在的特徴か？
• RQ5 合体誘発型、二重炎上着火型、遅延着火型といった前身星モデルの中で、観測された偏光特徴と整合するものはどれか？

主な発見

• SN 2019einの連続スペクトル偏光は、爆発後1か月間、0.0–0.3%の低さを維持しており、ほぼ球対称な残骸構造を示唆する。
• ピーク光度前後で偏光位置角が安定しており、外層から内層にかけても一貫した軸対称構造が存在することを示している。
• ピーク光度時にSi ii λ6355およびCa ii NIR3の特徴で約1%の高い線偏光が観測され、高速度残骸に局所的な非球対称性が存在することを示している。
• 観測された偏光特徴から、爆発後1か月間、残骸に顕著な球対称性からの逸脱は排除される。
• ~+21日頃に観測された後期の偏光上昇は、系統的不確実性を考慮しても、Fe iiiがFe iiに再結合する過程で、非球対称な中心エネルギー源をより深く覗き込める可能性を示唆する。
• 低連続スペクトル偏光と高い線偏光の両立は、着火に失敗した爆発モデル（failed deflagration model）と整合しており、点火側（θ ≈ 0°付近）からの観測視角を支持する。