[論文レビュー] The spectroscopic evolution of the $γ$-ray emitting classical nova Nova Mon 2012. I. Implications for the ONe subclass of classical novae

S. N. Shore, Ivan De Gennaro Aquino+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 39被引用数 40

ひとこと要約

本研究は、多波長分光測定を用いて、Nova Mon 2012 が ONe 型古典的新星であることを確認した。高イオン化度でネオン・マグネシウムの過剰な元素組成を示す双極性噴出物質が明らかになった。γ線放射は非対称な噴出物質内の内部衝撃波に起因し、これは ONe 新星全般に共通するメカニズムであり、おそらく古典的新星全般に一般化可能であると考えられる。

ABSTRACT

Nova Mon 2012 was the first classical nova to be detected as a high energy $γ$-ray transient, by Fermi-LAT, before its optical discovery. We study a time sequence of high resolution optical echelle spectra (Nordic Optical Telescope) and contemporaneous NOT, STIS UV, and CHIRON echelle spectra (Nov 20/21/22). We use [O III] and H$β$ line fluxs to constrain the properties of the ejecta. We derive the structure from the optical and UV line profiles and compare our measured line fluxes for with predictions using Cloudy with abundances from other ONe novae. Mon 2012 is confirmed as an ONe nova. We find E(B-V)=0.85$\pm$0.05 and hydrogen column density $\approx 5 imes 10^{21}$ cm$^{-2}$. The corrected continuum luminosity is nearly the same in the entire observed energy range as V1974 Cyg, V382 Mon, and Nova LMC 2000 at the same epoch after outburst. The distance, about 3.6 kpc, is quite similar to V1974 Cyg. The line profiles can be modeled using an axisymmetric bipolar geometry for the ejecta with various inclinations of the axis to the line of sight, 60 \le i \le 80 degrees, an opening angle of \approx$70 deg, inner radius $ΔR/R(t)\approx 0.4$ for permitted lines and less filled for forbidden lines. The filling factor $f\approx 0.1-0.3$ implying M(ejecta) $\leq 6 imes 10^{-5}$M$_\odot$. The ONe novae appear to comprise a single physical class with bipolar high mass ejecta, similarly enhanced abundances, and a common spectroscopic evolution within a narrow range of luminosities. The detected $γ$-ray emission may be a generic phenomenon, common to all ONe novae, possibly to all classical novae, and connected with acceleration and emission processes within the ejecta (abstract severely truncated).

研究の動機と目的

• 多波長分光測定およびプラズマ診断を用いて、Nova Mon 2012 が ONe 型新星であることを確認すること。
• ラインプロファイルモデリングを用いて、噴出物質の幾何構造、電子密度、温度、体積率を制約すること。
• 他の ONe 新星（例：V1974 Cyg や V382 Vel）と比較して、Nova Mon 2012 の全放射出力、元素組成、スペクトル時間変化を検討すること。
• Fermi-LAT が検出した γ 線放射の起源を調査し、それが ONe 新星において一般的な特徴であるかどうかを特定すること。
• 非対称的かつ断片化した噴出物質が、内部衝撃波によって高エネルギー放射を駆動する役割を果たすかどうかを評価すること。

提案手法

• 2012年8月16日からノルディック光学望遠鏡（NOT）を用いて、3700–7400 Å の光学エッケル分光を取得した。
• ハッブル宇宙望遠鏡の STIS を用いて中分解能の UV/光学分光（1150–3050 Å）を取得し、CTIO の CHIRON を用いて（4500–8900 Å）の分光も取得した。
• プラズマ診断（例：[O III] および Hβ の輝度）を用いて、噴出物質の電子密度、温度、体積率を推定した。
• モンテカルロ放射移動モデリングを適用し、異なる傾き角（i）および開口角を持つ軸対称的コーン型双極性幾何構造を用いて、観測されたラインプロファイルを再現した。
• 距離を約 3.6 kpc と仮定して、体積率と幾何構造を用いて噴出物質質量を制約した。
• Cloudy を用いた光電離モデリングを行い、他の ONe 新星からの元素組成と導出された物理パラメータを用いて、観測された輝度と一致するようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Nova Mon 2012 は、分光的に古典的新星の ONe 種別と整合的か？
• RQ2 噴出物質の幾何構造と運動学的性質は何か？ また、それらは質量および体積率の推定にどのように影響するか？
• RQ3 Fermi-LAT が検出した γ 線放射の起源は何か？ これは内部衝撃波に起因するのか、外部媒体との相互作用に起因するのか？
• RQ4 Nova Mon 2012 の元素組成は、V1974 Cyg や V382 Vel などの他の ONe 新星と比較してどう異なるか？
• RQ5 分光的時間変化および高エネルギー放射は、環境要因に依存しない ONe 新星の一般的な特徴であるか？

主な発見

• Nova Mon 2012 は ONe 新星として明確に確認され、V1974 Cyg や V382 Vel の中性ガス状態に類似した分光的特徴を示した。
• 噴出物質は、傾き角 60° から 80°、開口角 ≈70°、内半径 ΔR/R(t) ≈ 0.4 の双極的・コーン型幾何構造を示した。
• 体積率は f ≈ 0.1–0.3 と推定され、これは低質量の噴出物質（≤6×10⁻⁵ M⊙）であり、著しく断片化され非対称な噴出を示唆した。
• ネオンおよびマグネシウムの元素組成は、Nova Mon 2012 で過剰に検出されたが、他の ONe 新星と完全には同一ではなかった。これは共通の核合成起源を示唆するが、必ずしも同一ではない。
• 噴出後約 100 日における連続スペクトルの全放射出力は、V1974 Cyg、V382 Vel、Nova LMC 2000 とほぼ同一であり、ONe 新星に共通する放射出力クラスがあることを支持する。
• γ 線放射は、非対称な噴出物質内の内部衝撃波に起因するとされ、外部媒体との相互作用とは無関係である。これは、ONe 新星全般に共通するメカニズムであり、おそらくすべての古典的新星に一般化可能であると考えられる。