[論文レビュー] The Type IIn Supernova 2002kg: The Outburst of a Luminous Blue Variable Star in NGC 2403

Schuyler D. Van Dyk, Weidong Li+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、NGC 2403におけるSN 2002kgが真の超新星ではなく、明るい青巨大星（LBV）の爆発的噴出（「超新星ごまかし」）であると主張している。その根拠は、光度曲線およびスペクトル的挙動が、質量の大きな星がLBV段階にある場合と類似していることにある。前身星V37の初期質量は≥40 M☉に制限され、他の超新星ごまかしと比較してエネルギーが低く、噴出速度（約370 km s⁻¹）も小さいことから、η CarinaeやSN 1954J/V12のような系と比べ、超新星前の噴出がやや弱いものであったことが示唆される。

ABSTRACT

We show that Supernova (SN) 2002kg in NGC 2403, initially classified as Type II-narrow (IIn), has photometric and spectroscopic properties unlike those of normal SNe. Its behavior, instead, is more typical of highly massive stars which experience the short-lived luminous blue variable (LBV) phase toward the end of their lives. The star, in fact, most resembles the LBV S Doradus in outburst. The precursor of SN 2002kg is the irregular, bright blue variable star 37 (V37), catalogued by Tammann & Sandage in 1968. Using high-quality ground-based, multi-band images we can constrain the initial mass of V37 to be M_ini >~ 40 M_sun. We find that, although the spectra indicate a nitrogen enhancement, possibly revealing the products of CNO processing by V37 in the ejecta, the star lacks a substantial LBV nebula. The outburst from SN 2002kg/V37 is not nearly as energetic as the giant eruptions of the eta Carinae-like variables, such as SN 1954J/V12, also in NGC 2403. SN 2002kg/V37, however, is among a growing number of ``SN impostors'' exhibiting a broad range of outburst energetics during a pre-SN phase of massive-star evolution.

研究の動機と目的

• SN 2002kgの真の性質を特定すること。当初はIIn型超新星として分類されていた。
• SN 2002kgが本物のコアコラプス超新星に起因するのか、それとも巨大星の超新星前の噴出に起因するのかを調査すること。
• 多波長光度測定とアーカイブHubbleデータを用いて、前身星V37の初期質量を制約すること。
• SN 2002kgの光度曲線およびスペクトルを他の既知の超新星ごまかしと比較し、巨大星の超新星前の噴出段階における位置を評価すること。
• V37の進化的状態を明るい青巨大星（LBV）として明確にし、巨大星進化におけるその役割を評価すること。

提案手法

• 地上望遠鏡およびKAITを用いた多波長光度測定により、SN 2002kgの光度曲線を1.5年間にわたり追跡した。
• Balmer線およびP-Cygniプロファイルのスペクトル解析により、噴出物の速度および質量放出特性を推定した。
• スペクトルエネルギー分布および色の時間変化（B-V）を比較することで、ほこりの生成が見られないこと、他の超新星ごまかしとは区別できることを特定した。
• Hubble宇宙望遠鏡のアーカイブ画像を用いて、NGC 2403における前身星V37を同定・特徴づけた。
• 絶対等級および色を用いて理論的進化モデルと比較することで、V37の質量を推定した。
• 他の超新星ごまかし（例：SN 1954J/V12、SN 1997bs）と光度曲線およびスペクトル特徴を照合し、相対的なエネルギーと進化段階を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2002kgは真のIIn型超新星であるのか、それとも巨大な明るい青巨大星（LBV）の超新星前の噴出であるのか？
• RQ2 前身星V37の初期質量は何か？他のLBV段階にある巨大星と比較するとどうなるか？
• RQ3 SN 2002kgのエネルギーと噴出速度は、SN 1954J/V12 や SN 1997bs などの既知の超新星ごまかしと比べてどう異なるか？
• RQ4 SN 2002kgの噴出物に顕著なLBVネビュラやほこりの生成がないことは、他の巨大な噴出イベントと区別できるか？
• RQ5 1.5年間にわたり色とスペクトル形状が一定であることは、拡張する光学的厚い大気圏内の物理的状態にどのような意味を持つのか？

主な発見

• SN 2002kgの前身星V37は、多波長光度測定およびHubbleアーカイブ画像による制約から、初期質量が≥40 M☉の明るい青巨大星（LBV）であることが判明した。
• SN 2002kgは他の超新星ごまかしと比較して、ピークの明るさが低く（mV[max] ≈ 18.3 mag）、噴出速度も低い（約370 km s⁻¹）ことから、やや弱いエネルギーの噴出であったことが示された。
• SN 2002kgのBalmer線プロファイルは、SN 1997bs や SN 2000ch よりも弱く、広がりも小さいことから、噴出速度が低く、エネルギー出力も小さいことが確認された。
• B-V色は1.5年間にわたりほぼ一定を保ったことから、安定した仮想光球面を示し、ほこりの生成は顕著でないことが判明した。これは、η Carinae や SN 1954J/V12 とは対照的である。
• 2003年初期から2004年末にかけてHαの放射度が低下し、B-R色が0.41 magから0.26 magに変化した。これは、放射成分の減少を反映している。
• SN 2002kgは超新星ごまかしに分類され、巨大星の超新星前の噴出段階を示しており、既知のうち最もエネルギーが小さい噴出の一つである。これは、η Carinaeに類似した巨大噴出とは明確に異なる。