せいめい望遠鏡を用いた古典新星を狙った ToO 観測
2021-08-12 (せいめい UM)京都大学 D2 田口健太

(Classical) Novae: (古典) 新星、新星爆発• Nova とはラテン語で “a new star”.
• 突然 (~ 1 d で) 「新しい」星が出現する風に見える• 実は、元々ある星の増光現象• 典型的には V で ~ 10 mag とか増光
• 小さいものでは ~ 7 mag, 大きいものでは ~ 19 mag• その後、weaks – years くらいで徐々に暗くなる• 極大時の V の絶対等級 −6 から −10 くらい→ 銀河系内 (と M31 くらい) のものが観測可能• 超新星よりも ~ 10 mag くらい暗い• 矮新星よりも ~ 10 mag くらい明るい

2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)∼ 1 day2

Mechanism of Novae(Thermonuclear Runaway, 熱核暴走反応)• 白色矮星 と 晩期型星 (伴星) の連星系 (激変星 (novalikes, 矮新星, polars, etc) or 共変星)
• 水素が豊富なガスが白色矮星表面に降着 → 縮退した H-rich envelope 生成• ガスが溜まれば溜まるほど、envelope の温度・密度は高くなる→ ある臨界質量まで溜まったら、水素の核燃焼に火がつく→ 縮退などの効果で、envelope は熱的に不安定となる(e.g. Giannone & Weigert 1967, Starrfield et al. 1972, 2016, Fujimoto 1982a, 1982b, Yaron et al. 2005, José 2014)→ 1度核燃焼に火がついたら、暴走的に燃焼が進み (熱核暴走反応) 新星爆発となる!!
White Companion
DwarfWhiteDwarf(Body)
H-rich Gas envelope
2021/8/12(c): H. Maehara2021年度せいめい UM (田口: 新星)

Disk3

Mechanism of Novae(Thermonuclear Runaway, 熱核暴走反応)• 白色矮星 と 晩期型星 (伴星) の連星系 (激変星 (novalikes, 矮新星, polars, etc) or 共変星)
• 水素が豊富なガスが白色矮星表面に降着 → 縮退した H-rich envelope 生成• ガスが溜まれば溜まるほど、envelope の温度・密度は高くなる→ ある臨界質量まで溜まったら、水素の核燃焼に火がつく→ 縮退などの効果で、envelope は熱的に不安定となる(e.g. Giannone & Weigert 1967, Starrfield et al. 1972, 2016, Fujimoto 1982a, 1982b, Yaron et al. 2005, José 2014)→ 1度核燃焼に火がついたら、暴走的に燃焼が進み (熱核暴走反応) 新星爆発となる!!
WhiteDwarf(Body)

Unstable Burning(Thermonuclear Runaway)

H-rich Gas envelope
2021/8/12

White Companion
Dwarf(c): H. Maehara

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

Disk4

Recurrent Novae(反復新星)• 新星爆発後、再び伴星からガスが降着する• 再び十分なガスが溜まれば、将来再び新星爆発に至る！

• ほとんどの新星は 104-105 年に 1 回新星爆発するとされている• しかし、白色矮星が重い場合、白色矮星への降着率が高い場合は、短くなる• Recurrent Novae (反復新星): 史上複数回の新星爆発が記録されている• V3890 Sgr: 1962, 1990, 2019 (e.g. Seimei 2019B: Maehara & Isogai, ATel #13062)• M31N 2008-12a: almost one nova per a year.

• 今後数年以内に爆発を起こしそうな新星 (2021年7月末現在)• U Sco: 1863, ..., 1999, 2010, (2021?)• T CrB: 1866, 1946, (2020s?)• RS Oph: 1898, 1907, …, 1985, 2006, (2020s?)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

5

Recurrent Novae(反復新星)• 新星爆発後、再び伴星からガスが降着する• 再び十分なガスが溜まれば、将来再び新星爆発に至る！

• ほとんどの新星は 104-105 年に 1 回新星爆発するとされている• しかし、白色矮星が重い場合、白色矮星への降着率が高い場合は、短くなる• Recurrent Novae (反復新星): 史上複数回の新星爆発が記録されている• V3890 Sgr: 1962, 1990, 2019 (e.g. Seimei 2019B: Maehara & Isogai, ATel #13062)• M31N 2008-12a: almost one nova per a year.

• 今後数年以内に爆発を起こしそうな新星• U Sco: 1863, ..., 1999, 2010, (2021?)• T CrB: 1866, 1946, (2020s?)• RS Oph: 1898, 1907, …, 1985, 2006, 2021-08-08 (UT) 爆発しました (後述)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)6

発見 1 日後の V659 Sct(共同利用 19B-N-CT03 で分光した天体)• 多くの新星の極大付近のスペクトルでは、
P Cygni 型の line profile が見られる• 青方偏移した吸収線• ほぼ静止波長の輝線

H𝛼H𝛼 線付近の拡大図(破線は静止波長)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)7

発見 1 日後の V659 Sct(共同利用 19B-N-CT03 で分光した天体)• 多くの新星の極大付近のスペクトルでは、P Cygni 型の line profile が見られる• 青方偏移した吸収線• ほぼ静止波長の輝線

H𝛼• P Cygni 型の line profile は optically thick な outflow の存在を示唆する (上図)• 吸収成分と輝線成分との波長ずれは outflow の速度に相当

2021/8/12

H𝛼 線付近の拡大図(破線は静止波長)

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

8

反復新星 T Pyx の超初期分光観測(Arai et al. 2015)• 2011年の反復新星 T Pyx を発見わずか 4 時間後に行った(~ 11 mag で分光)• 既知の反復新星であったので、爆発前からプロ・アマ問わず、多くの人が監視していた• 特徴• 高階電離の輝線が多い• P Cygni じゃない
• Optically thick outflow はまだ出来ていない?
(→ 爆発前に周囲に存在していた物質が outflow に飲まれる前?)• 同様の観測例は殆どない• T Pyx, V1405 Cas (後述)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

9せいめい望遠鏡による新星の ToO 観測• 新星候補が発見されてから速やかにフォローアップ観測を実行• Event Rate の見積もり• 岡山で夜間に銀河中心付近 (多くの新星が集中) を観測できる時間:~ 300-400 hours / year (晴天率 1/3 を仮定)

• 新星の発見個数 ~ 10 novae / year → 1 nova / 900 hr (900 時間銀河中心を見れば 1 nova)→ 岡山で銀河中心が見える時に新星爆発が起きるのは 2-3 年に 1 度• 基本の観測プラン:• 発見から十分経過したもの、他所でフォローアップしてる天体などは、確認程度に1 本のスペクトルを取得• 発見後間もない天体 → 1 本スペクトルを取り正体を検討する→ Arai et al. (2015) のようなリアルタイムで増光中の新星は連続分光する (予定)

(増光中の新星を分光出来た場合など → 継続モニターを場合も: 21B-K-0022)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

10現在までの観測状況• TAC の皆様、いつも割り当てて頂き、ありがとうございます• クラシカルの方は、ご迷惑おかけします (いつもありがとうございます)• 2019A: 京大時間 (19A-K-0017) のみ 0.4 夜 (発動なし)、共同利用は不採択• 2019B: 京大 1 夜 (19A-K-0008)、共同利用 1.5 夜 (19B-K-CT03)• 2020A: 京大 1 夜 (20A-K-0015)、共同利用 1 夜 (20A-N-CT07)• 2020B: 京大 1.5 夜 (20B-K-0014)、共同利用 1.5 夜 (20B-N-CT04)• この頃から、体制が整いつつあった• TCP J20034647+1335125 (Tampo et al. 2021): 矮新星だったが、21時 (JST) 発見 → 即日発動に成功• 2021A: 京大 1.5 夜 (21A-K-0011)、共同利用 1.5 夜 (21A-N-CT06)• V1405 Cas (皆さま、ご迷惑をおかけしました...)• 2021B: 京大 2.5 夜 (21B-K-0020)、共同利用 2.5 夜 (21B-N-CT03)• この他、V1405 Cas のフォローアップ用に ToO を 1.5 夜 (21B-K-0022)• 反復新星 RS Oph (15年ぶりの爆発)
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

11V1405 Cas の初期 ToO とlightcurve の対応• 2021-03-18.4236 UT: 中村祐二さん発見• 2021-03-18.820 UT (発見 9.5 時間後):ToO! (ATel #14471, 14472)• 2021-03-19.4, 19.8, 21.4, 21.8, ...

→ さらに分光を継続しています (21B-K-0022)• 反復新星ではない天体(つまり史上初めて爆発)• 連続分光はできず• Visibility の都合
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

12

V1405 Cas の初期のスペクトル進化

2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

13

V1405 Cas の初期のスペクトル進化• Arai et al. (2015) と同様「増光中」の、ごく初期段階にのみN III, He II 等の高階電離輝線が強く出た• 逆に Si II や O I は、遅れて登場する(現在はこの結果を纏めている最中)

2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

14

その後の V1405 Cas の lightcurve• その後、何度か急な増減光を繰り返す• この増減光の起こるタイミングを狙って分光モニターを行い、増減光のメカニズムなどに迫りたい• Outflow 量・速度変化との関係を調べたい• Line profile を見たい
(できれば VPH495,683を使いたい)• 21B-K-0022 で ToO• ご迷惑おかけします
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

15

RS Ophiuchi• 1985 年、2006 年に爆発していた反復新星• 2020 年代に爆発するかも? ということで、注目していた人は注目→ 2021年8月8日 (UT) に爆発が報告 ([vsnet-alert 26131])• 前の日まで 11 等だったのに、突然 5 等になった！
• その後、4 等まで増光• 日本時間だとちょうど朝 7 時頃に報告された→ 当日の夕方に ToO 観測実施 (ATel #14838)• 植田さん、磯貝さん、ありがとうございました• (まぁみんなそうだと思っていたけど一応) 新星爆発と確認しました• 昨日・おとといも ToO させて頂きました• 植田さん、磯貝さん、前原さん、ありがとうございました• 解析中• 結構スペクトルが変化してそうでした
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

16

要望など
• 今後とも ToO へのご理解・ご協力お願いします！
• 今後もかけると思います、ご迷惑をおかけします• 自動観測とかリモート観測とかが出来れば夢がありますね• 自動観測などが出来る前は、手動で観測するのですが• 重要な新天体が出て (「初期 ToO」: 21B-K-0020, 21B-N-CT03)、一刻を争う場合でも、田口が京大にいない (帰った)、岡山の Co-I の皆さんも帰っている、みたいな状況• V1405 Cas が急な変動を示したが、Co-I 内に依頼できる人がいない→ 今後、代理観測をお願いする機会が増えるかもしれません。クラシカル観測者の方は、自信がないかもしれませんが、トライして頂ければ幸いです• V1405 Cas のフォローアップで、VPH495 も使えたらいいなぁ
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

17

まとめ
• 新星の初期 ToO (21B-K-0020, 21B-N-CT03)• 新星候補が見つかったら、なるべく早くToO を実行• 特に、急な増光の最中 (急な増光が終了する前) に分光したい• 同様の観測は、反復新星 T Pyx くらいしか知られてなかった• 21A にて、反復新星ではない新星 V1405 Cas にて行うことが出来ました• V1405 Cas のモニター ToO (21B-K-0022)• その後、急な増減光を数度繰り返す• 増減光と outflow の量・密度との関係を調べたい• Line 強度・種類・profile などを調べたい• 出来れば VPH495, 683 が使えたら理想• ToO へのご理解、ご協力をお願いします！
2021/8/12

2021年度せいめい UM (田口: 新星)

18