せいめい・かなた・
OISTERによる特異なIa型超新星の観測的研究
山中雅之（京都大学）
共同研究者：前田啓一、川端美穂、田口健太、中岡竜也（広島大学）、

光赤外線天文学大学間連携、京都大学せいめいグループ
広島大学かなたグループ、他※ 2022/03まで大学間連携雇用（新技術光赤外線望遠鏡講座特定准教授）-> 4月より前田科研費（基盤A）研究員。
主な仕事は TriCCS開発・保守・運用

超新星の分類と起源：Ia型とは実際はスペクトル全体で特徴を比較してタイプ同定
かなた望遠鏡/TRISPECで取得したスペクトル(R~150)

吸収線

HβII

○ Hydrogen ×○Helium×weak

II
大質量星の重力崩壊型

SistrongIa

低質量連星系を成す白色矮星の熱核暴走反応爆発

Ic

CaII

SiII
SII

Ia

HαOI

CaII

SiII

OI

CaII

Ia型:極大光度と減光率の相関関係
明るさと⊿m15(B)の相関関係⊿m15(B)
明るい

見かけの等級

光度変化

極大15日後極大からの日数⊿m15(B) : 減光率
極大等級と15日後の等級の差

明るさと極めて良い相関

Altavilla et al. 2004

Prieto et al. 2006

ゆっくり減光光度変化のみで距離の推定が可能⇒宇宙論的な距離の決定⇒ダークエネルギーの存在を示唆

親星 SD v.s. DD

Single-degenerate (SD)？ Double-degenerate (DD)？
伴星からの降着で徐々に質量が増加-> Chandrasekhar-limiting mass
一様性を説明しやすい

合体衝突に至るまでの時間 > 宇宙年齢
合体後の核暴走反応モデル
Subluminous/normal SN Ia は説明あまり多くの56Ni mass は作らない（Pakmor et al. 2010, 2021）

Single-degenerate シナリオ:
連星系からの星風による濃い星周環境が期待
Double degenerate: 非常にクリーンな環境

爆発モデル:未決着例) Delayed detonation モデル
より詳細な元素合成計算

流体計算に基づく合成された元素の分布

SiFe/Ni

Kasen 2009, Nature

Iwamoto et al. (1999)

より外側

爆発モデルへの制限：
高速領域（=より外側）でどのような元素合成がなされるかが鍵->より早期の分光により、エジェクタ組成の速度を測定することが肝要スーパーチャンドラセカール超新星
チャンドラセカール限界質量白色矮星からの熱核暴走反応の限界
ニッケル質量～0.9-1.0太陽質量

SNLS-03D3bb(SN 2003fg)
MNi56~1.3M◎

Howell et al.
2006,Nature, 443,
308

Delayed detonation モデルを仮定すると 1.4M◎ WD で説明できないプロトタイプ：SN 2009dc
広島1.5mかなた

当時「3例目」

ぐんま
1.5m

明るさ

● 09dc(吸収あり)
× 09dc(吸収なし)-- 普通のIa型

極大光度からの日数
明るい
ゆるやかな減光
MNi56~1.8M◎ 、Mej~2.4M◎（Silverman et al. 2011, Taubenberger et al. 2011）

波長Yamanaka et al. 2009,
ApJL, 707, 118

強い炭素の吸収遅い膨張速度 ~8000km/s

回転のない白色矮星の爆発では説明不可

最近 Luminosity に多様性が見えてきた

Lu et al. 2021

Normal SN Ia より暗いものも

星周物質の兆候が見られた例も

OISTERによる SN 2012dn の観測
Mass loss rate
(10-6 M◎ yr^-1)~ SDシナリオに一致

NIR echo の検出：親星時代に噴出した物質の証左

SC超新星=SD由来か？ Yamanaka et al. 2016, PASJ, 68, 68(University Collaboration in Optical/Infraredand VLBI Observations )SN 2020hvf: fast emission を 検出

Credit：東京大学木曽観測所

非常に massive な (0.01M◎)
星周物質の存在を示唆-> double （He）detonation
シナリオを示唆？

SN 2020hvf
測光分光による分類の研究（Kawabata et al. 2022, in prep）

初期
Slow light curve
膨張速度の大きな吸収線
後期
Normal + Ia-SC な特徴

Jiang, Maeda, Kawabata et al. 2021, ApJL

Progenitor に関する状況は混とんと。

SN 2021zny
ZTF

https://alerce.online/object/ZTF21acdmwae

https://www.wis-tns.org/object/2021zny

Early detection by international survey
MASTER
2021-09-28 23:30:13
2021-09-28 22:53:43
2020-12-15 18:25:35
PS1
2021-10-31 07:40:48
2021-09-29 13:39:22
ATLAS
2021-09-28 10:16:19
2021-09-18 12:17:17

16.4
Clear16.3
Clear>19.7Clear16.52 w-PS1
16.47w-PS1
16.977>17.59orange-ATLAS
orange-ATLAS

赤方偏移Z=0.026、やや近傍ピークで16magに到達

せいめい・かなた・OISTER を使った観測

撮像

OISTER

Kanata+明るさ

可視+近赤外 測光
分光

Follow-up

Tomo-eSeimei
発見（ZTF,ATLAS,
アマチュア）

分光
Date最近のせいめい望遠鏡(詳しくは see せいめいUM)
安定運用中
KOOLS-IFU (面分光装置) 2019ATriCCS (CMOS/g+r+i(z)同時撮像分光) 2021BGAOES-RV(高分散分光装置)、赤外偏光撮像装置、近赤外高コントラストカメラなど開発中

TriCCS:Tricolor Cmos Camera and Spectrograph98fps でg’/r’/I’ 3色同時撮像が可能

7月11-19日
TriCCS/赤外偏光撮像装置の同架試験

昨年 TriCCS 分光モード実装-> 2023Bからの運用開始を目指す

SN 2021zny
Early detection by international survey
MASTER
2021-09-28 23:30:13
16.49/27Clearオレンジ：P200(5m),
2021-09-28 22:53:43
16.3
Clear水色：せいめい(3.8m),
9/29
2020-12-15 18:25:35>19.7
ClearPS1
世界に先駆けてレポート
2021-10-31 07:40:48
16.52
w-PS1
16.47
w-PS1
https://www.wis-tns.org/object/2021zny 2021-09-29 13:39:22

ATLAS
2021-09-28 10:16:19
2021-09-18 12:17:17

ZTF

https://alerce.online/object/ZTF21acdmwae

16.977>17.59orange-ATLAS
orange-ATLASOISTERによる多バンド観測
MY+ 2022a in prep

ライトカーブ
緩やかな進化のっぺりとした Iバンド-> Ia-SC によく似た特徴

スペクトル
初期に浅いケイ素、強い炭素吸収線

SN 2021zny: quasi-bolometric light curve(※ BVRI-band light curveの積分: 全放射の60%と仮定(Stritzinger et al. 2006))
L(t)=M2/E * exp(t) でフィット(Maeda et al. 2003)->
M(56Ni)=1.0M◎,
Mej=2.0M◎,
Ek=1.7x1051 erg

MY+ 2022a in prep

極大・極大1週間後スペクトル比較
極大光度付近SiII 6355は遅く、CII も強いまま（09dcより深い）

極大光度1週間後
CII 吸収線: (SiIIとの比で) 09dcと比較して強い-> 厚い carbon layer を示唆☑ エジェクタ中の豊富な炭素-> Super-Chandra にconsistentSiII line velocity

SN Ia (core normal) と同じような進化極大付近で10000 km/s
（Ia-SCは多様性を示すことが知られており、無矛盾）

結論：SN 2021zny は 豊富な炭素を持つIa-SC
Normal Ia

Ni(Fe)CO

Ia-SC
Carbon(unburntmaterial)

Ni(Fe)

Silicon,etc(burnt material)
11fe(norm)

09dc (SC)21zny (SC)M(56Ni)

0.8M◎

1.8M◎

1.0M◎

Mej

1.4M◎

2.4M◎

2.0M◎

新たな多様性SN 2009dc との類似性

21zny

Taubenberger et al. 2019

SN 2006gz / SN 2012dn に類似？
SN 2012dn で見られたような赤外超過は見られなかった
SN 2009dc が 規格外に特異？

Ia-SC の親星
無回転白色矮星+伴星

高速回転白色矮星？

明るさを説明降着できない！

白色矮星同士の合体※ 星周物質の存在を説明しなければならない

降着
Hachisu et al. 2008

合体？

まとめ
・近年のサーベイ観測の急発展で、超新星が暗く増光する段階から発見されるように・ SN 2021zny: 強い炭素の吸収線を持つスーパーチャンドラセカール超新星（・SN 2020qxp: 多面性（HV+faint）を持つIa型超新星。）
・高頻度広視野サーベイがもたらす２つの利点- 低い頻度の現象・新たな多様性の発見- 超早期観測から親星・爆発モデルへの制限バックアップスライド

Type Ia SNe: スペクトルによるサブクラス分類
SiII5972

SiII6355

Branch et al. 2006, 2007,2008

Equivalent width のプロット

Wang, Q. et al. 2021

SN 2020qxp: 近傍銀河に出現した
subluminous SN Ia?

スペクトル：暗いIa型超新星に一致
SiII5972 の強い吸収線-> とても暗いIa型を示唆
SiII 6355 も強い-> 膨張速度の大きいIa型

MY+ 2022b in prep

他にもOI 7774 強い
MgII 4560A 強い-> consistent with the faint (cool) subclass★

Burns et al. 2020。
20qxpの Ews をplot

20qxp

光度、減光速度：中間的

MY+ 2022b in prep

光度曲線：
やや暗いピーク光度
減光速度もやや暗いIa型に一致

多面性を持つIa型超新星