連星系・変光星研究会2020

連星系での超新星爆発が与える連星進化への影響：
SN 2006jcへの制限

小形美沙 (早稲田大学)
共同研究者：平井遼介 (モナッシュ大学)
聖川昂太郎 (東京大学)

Introduction: 連星系と超新星⚫ 超新星爆発 (SN)
重力崩壊型超新星 (CCSN)
大質量星(≳8Msun)の最期の爆発
中性子星やブラックホールを残す

Ia型超新星 (SN Ia)
連星系の白色矮星で起こる爆発⚫ 連星系
連星相互作用によって進化に影響大質量星になるほど割合が増加(Moe & Di Stefano 2017)

ここでは連星系での超新星 → Ia型超新星×大質量星 ➡ 超新星
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Introduction: 連星系と超新星連星系内に存在する重力崩壊型超新星伴星についての観測がある：SN 1993J, SN 2001ig, SN 2006jc, SN 2011dh

Ejecta-Companion Interaction (ECI)
超新星爆発のejectaと伴星の相互作用(Maeda et al. 2014)(Hirai et al. 2018)2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

目的✓ 連星進化理論
連星系内で超新星爆発が起きた場合の進化への影響

主星

伴星

超新星主系列星✓ 超新星親星への制限
中性子星連星ブラックホール連星
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

先行研究
 Hirai et al. (2018)
CCSNとMSのECIについて流体力学シミュレーション
爆発エネルギーによって伴星がどのように加熱されるかを調べた
伴星を加熱するエネルギー

෩ × 0.08
𝐸heat = 𝐸expl × Ω
෩=ΩΩ= 1 − 1 − 𝑅2 /𝑎 2 /24𝜋

(伴星に向かう爆発エネルギーの8%)

伴星 𝑀2

主星 𝑀1𝑅2

Ω𝑎2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

超新星爆発後に連星系がどうなるか？

1. 主星と伴星が衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRoche-lobe overflow (RLOF)をする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Method
1. MESAで爆発後10000年の進化計算

෩ × 0.08
𝐸heat = 𝐸expl × Ω
2. 爆発後の軌道要素を求め、爆発後の系の状態を調べる
Orbital velocity:
Impact velocity:
Separation:

Eccentricity:
Kick velocity:

1/2

𝑀1 + 𝑀2𝑉orb = 𝐺𝑎𝑖𝑉im =𝑎𝑓 = 𝑎𝑖 2 − 𝑋

𝑅20.35 ×𝑎𝑖𝑣𝑥 + 𝑉orb

2

(爆発前)

2.4𝑉orb+ 𝑣𝑦 + 𝑉im

2+ 𝑣𝑧2−12𝑉orb𝑎𝑖 𝑣𝑦 + 𝑉im
𝑒 = 1−𝑋
𝑎𝑓𝑉orb21/2+ 𝑣𝑧2

𝑚1 + 𝑚2
𝑋=𝑚𝑐 + 𝑚2𝑣𝑥 , 𝑣𝑦 , 𝑣𝑧
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Method
2. 爆発後の軌道要素を求め、爆発後の系の状態を調べる
1. 主星と伴星が衝突 (af < 𝑅2 )2. 遠点でも外層に包まれる (𝑎𝑓 1 + 𝑒 < 𝑅2,max )3. 近点では外層に包まれる (𝑎𝑓 1 − 𝑒 < 𝑅2,max )4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRLOFをする (𝑅𝑟𝑙 < 𝑅2,max )5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない (𝑅𝑟𝑙 > 𝑅2,max )6. 連星としての束縛を失う (e > 1)0.49𝑞 2/3𝑅𝑟𝑙 =𝑎0.6𝑞 2/3 + ln 1 + 𝑞1/3 𝑓𝑣𝑥 , 𝑣𝑦 , 𝑣𝑧

2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results
100km/s

Kick velocityごとにどのケースになるか
𝑀2 = 15𝑀⊙ , 𝑅2 = 7𝑅⊙ , 𝑎 = 40𝑅⊙

𝑣𝑥 , 𝑣𝑦 , 𝑣𝑧
1. 主星と伴星コアが衝突
2. 遠点でも外層に包まれる
3. 近点では外層に包まれる
4. 主星は外層内に入らないが、伴星外層がRLOFをする
5. 連星として生き残るが、RLOFは起きない
6. 連星としての束縛を失う
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results
膨張前後の伴星外層の密度分布

𝑀2 = 15𝑀⊙ , 𝑅2 = 7𝑅⊙ , 𝑎 = 40𝑅⊙

2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results膨張前後の伴星外層の密度分布

𝑀2 = 15𝑀⊙ , 𝑅2 = 7𝑅⊙ , 𝑎 = 40𝑅⊙

膨らんだ伴星外層が主星に降着してそれ以上膨らめなくなる
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results
伴星が膨張した時のHR図上の位置の変化
外層が膨張した伴星は通常の進化とは異なる位置に移動する➡通常の進化よりも明るく、温度は下がる

𝑀2 = 15𝑀⊙ , 𝑎 = 60𝑅⊙
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results
伴星が膨張した時のHR図上の位置の変化
外層が膨張した伴星は通常の進化とは異なる位置に移動する➡通常の進化よりも明るく、温度は下がる
主星によって抑えられる影響を考慮すると、高温側に留まる

𝑀2 = 15𝑀⊙ , 𝑎 = 60𝑅⊙
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

SN 2006jc◆ Type Ib SN (Stripped-envelope)◆ 伴星が観測されている (Late-time observation)
Light curveは減光し、最大光度から約260日以降flatに10年以上後まで一定の光度を保っている
伴星のHR図上の位置はHertzsprung gapの領域
Maund et al. (2016)
Sun et al. (2019)2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Results: SN 2006jc

Model1: 𝑀2 = 4𝑀⊙ , 𝑅2 = 2.5𝑅⊙ , 𝑎𝑖 = 40𝑅⊙ , 𝐸expl = 1 × 1051 erg (1.1年)
Model2:〃, 𝐸expl = 5 × 1051 erg (7.0年)
Model3:〃, 𝐸expl = 10 × 1051 erg (12.5年)
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020

Summary⚫ 連星系内での重力崩壊型超新星爆発について、ECIを通して系がどのように変化するのかを調べた。
⚫ Kick velocityの大きさや向きに応じて、爆発後の系の様子は大きく変わる。
⚫ 特に伴星の膨張が、主星との距離で抑えられる場合に注目した。
⚫ SN 2006jcに適用し、親星の系についての制限を与えた。
𝑀2 = 4𝑀⊙ , 𝑅2 = 2.5𝑅⊙ , 𝑎𝑖 = 40𝑅⊙ , 𝐸expl = 10 × 1051 erg⚫ このモデルから、SN 2006jcは今後は暗くなっていき、元の進化経路に戻っていくと予測される。
今後、こういった天体がどのくらいの距離まで観測可能か、どの程度の割合で観測されるかを見積もっていく予定
2021.01.29 連星系・変光星研究会2020