せいめい望遠鏡を用いた古典新星のToO 観測計画の現状
京都大学

D1

田口健太

共同研究者: 前田啓一 (京大)、前原裕之 (国立天文台)、磯貝桂介 (京大)、小路口直冬 (京大)、反保雄介 (京大)、新井彰 (京産大)、植村誠 (広大)、野上大作 (京大)

古典新星 (新星) のメカニズム• 白色矮星 (主星) + late star (伴星) からなる近接連星系• 伴星からのガスが白色矮星表面に降着→ 白色矮星表面に縮退したガスからなる H-rich な envelope を形成• ガスが降着すればするほど、この envelope の温度・圧力は上昇する→ Envelope がある質量を超えると、不安定な水素の核燃焼が始まり (ThermoNuclear Runaway; TNR) 、新星爆発を引き起こす• 新星爆発終了後は降着が再開 → 次の新星爆発へ (反復新星)
White Companion
Dwarf
WhiteDwarf
Degenerate H-richenvelope of accreted gas
Disk(c): H. Maehara

2020/8/19

せいめい UM 2020 (田口、古典新星)

2古典新星 (新星) のメカニズム• 白色矮星 (主星) + late star (伴星) からなる近接連星系• 伴星からのガスが白色矮星表面に降着→ 白色矮星表面に縮退したガスからなる H-rich な envelope を形成• ガスが降着すればするほど、この envelope の温度・圧力は上昇する→ Envelope がある質量を超えると、不安定な水素の核燃焼が始まり (ThermoNuclear Runaway; TNR) 、新星爆発を引き起こす• 新星爆発終了後は降着が再開 → 次の新星爆発へ (反復新星)
Companion
WhiteNuclear
Dwarf
Burning
White
Dwarf
Degenerate H-richenvelope of accreted gas
Disk(c): H. Maehara

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せいめい UM 2020 (田口、古典新星)

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古典新星 (新星) のメカニズム• 白色矮星 (主星) + late star (伴星) からなる近接連星系• 伴星からのガスが白色矮星表面に降着→ 白色矮星表面に縮退したガスからなる H-rich な envelope を形成• ガスが降着すればするほど、この envelope の温度・圧力は上昇する→ Envelope がある質量を超えると、不安定な水素の核燃焼が始まり (ThermoNuclear Runaway; TNR) 、新星爆発を引き起こす• 新星爆発終了後は降着が再開 → 次の新星爆発へ (反復新星)
White Companion
Dwarf
White
Dwarf
Degenerate H-richenvelope of accreted gas
Disk(c): H. Maehara

2020/8/19

せいめい UM 2020 (田口、古典新星)

4反復新星 (回帰新星、再帰新星、再発新星とも)• ほとんどの新星は新星爆発を ∼105 年おきに起こす (とされている)• しかし白色矮星が重いか、伴星からの質量降着率が高いと、この間隔が短くなると考えられている• 反復新星は新星爆発の間隔が極めて短いために、過去に複数回爆発が記録されている (10天体ほど)• M31N 2008-12a: 毎年、年末年始の時期に爆発• U Sco, RS Oph: 10-20年に1回くらい爆発• V3890 Sgr: 2019 年に新星爆発 (29年ぶり).
• T CrB, V2487 Oph: 過去、80-100年ほどの間隔を空け2度の爆発が確認されている• 反復新星は周期が比較的安定しているものが多い→ そろそろ爆発しそうな天体を監視し、爆発初期からの検出を狙えそう• 爆発しそうな代表例: U Sco (1979, 1987, 1999, 2010 年に爆発、Dec = -17.9 deg)
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5古典新星の可視光度曲線
V339 Del (2013年) の lightcurve
なお、2012年時点で ASAS-SN でV > 15.7 だった (non-detection)
http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/SMARTS/NovaAtlas/v339del/phot/
v339del.phot.html より• 突然 (∼1 day) Δ𝑚V ∼ 10 程度、増光する• 新しい星が現れたように見られるので「新星」(“novae” というのはラテン語)• 典型的に数年くらいかけて徐々に静穏等級に戻る• 過去に複数回の増光が観測されている反復新星→ モニター観測の良いターゲットであり、よく監視されている
2020/8/19

せいめい UM 2020 (田口、古典新星)

6発見から1日後の新星 V659 Sct のスペクトル(せいめい共同利用 19B-N-CT03 で観測した新星)• 典型的な新星のスペクトルでは、多くのP Cygni 型の line profiles がみられる。
H𝛾H𝛽H𝛼• 青方偏移した absorption• ほぼ静止波長の emission

H𝛼H𝛼 付近の拡大図(破線は静止波長)
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せいめい UM 2020 (田口、古典新星)

7発見から1日後の新星 V659 Sct のスペクトル(せいめい共同利用 19B-N-CT03 で観測した新星)• 典型的な新星のスペクトルでは、多くのP Cygni 型の line profiles がみられる。
• 青方偏移した absorption• ほぼ静止波長の emission

H𝛼• この P Cygni 型の profile は optically thick な wind の存在を示唆する→ この新星は、発見から1日後の段階では optically thick wind が起こっている

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H𝛼 付近の拡大図(破線は静止波長)

せいめい UM 2020 (田口、古典新星)8

新星 V659 Sct の lightcurve

Discovery (11.5 AB mag)
Last non-detection

There is a Pan-STARRS1
Source (zmag = 20.19)

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We missed here (if we had noticed it 30 mins earlier ...)First Spectrum by Himalayan (showing P Cyg profiles)
Our first Observation

せいめい UM 2020 (田口、古典新星)9超初期 (増光中) の古典新星の分光観測例(Arai et al. 2015)• 2011年、T Pyx が増光発見後僅か ∼4 hours (急激な増光の途中) に分光された• この天体は反復新星だったので、モニター観測されていた• 輝線スペクトルが得られた• 通常の新星スペクトル (PCygni 型) とは大きく異なる• 新星スペクトルは増光中の超初期段階で、未知の振る舞いを示すようだ• Optically thick wind が現れる前の系の情報を含むかも?
2020/8/19

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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する• Event rate の見積もり• 岡山で夜間に銀河中心付近 (多くの新星が集中している) を観測できる時間:∼300-400 hours / year (晴天率 1/3 と仮定)
• 新星の発見個数 ∼10 nova / year → 1 nova / 900 hours (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

• 観測プラン:• 発見から十分経ったもの、他所でフォローアップしている天体などは、確認程度に1本のスペクトルを取得• Arai et al. (2015) のようなリアルタイムで増光中の反復新星は連続分光する (予定)• 極めてレアだが、長時間 (沈むか夜明けまで) 分光を希望 → 長めに観測時間を申請しています• 発見後間もない天体 → 1本スペクトルを取り正体を検討、必要なら観測を延長
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11割り当て時間と観測実施時間• 2019A: 京大時間のみで 0.4 nights (19A-K-0017、発動なし)• 2019B: 京大 1 night (19A-K-0008)、共同利用 1.5 nights (19B-N-CT03)• V659 Sct: 夕方すぐに沈む新星• 10月29日 (日本時間、以下同様): 発見• 10月30, 31日: 観測、初期の観測はできなかったが、データ解析の練習になった(あと30分早く気づけていれば、10月29日中に観測できたのですが...)• 他、前原さんが反復新星 V3890 Sgr をエンジニアリング中に分光 (ATel #13062)• 2020A: 京大 1 night (20A-K-0015)、共同利用 1 night (20A-N-CT07)• V670 Ser: 未明の新星• 2月23日未明発見、2月24日未明観測: Atel #13519• 2020B: 京大 1.5 nights (20B-K-0014)、共同利用 1.5 nights(20B-N-CT04)• TCP J20034647+1335125: 8月15日21時 (日本時) 発見、即日観測 (ATel #13947)
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122020/8/15: TCP J20034647+1335125• ToO 観測のモデルケース (夜間に発見、夜明け前に観測、に初めて成功)• 2020-08-15.504 (21:06 in JST): 西村さん発見、12.6 mag.
• ∼24:30: CBAT に投稿• 24:50: 田口が投稿に気づく• Pan-STARRS で g = 21.36, r = 21.51 の対応天体• 明るめの矮新星 (WZ Sge 型?) か、古典新星?
• (近くにいたので大学に駆け込む)• 25:20-27:00: せいめい ToO + 屋上 40 cm 測光
名越さん、大塚さん、磯貝さん、小路口さん、反保さん、ご協力ありがとうございました• Blue continuum + Balmer & He I absorption→ 明るい矮新星 (WZ Sge 型) の可能性が最も高い• 29:11: KOOLS-IFU の Quick Look スペクトルと共に ATel #13947 を投稿 (磯貝さん)
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2020/8/15: TCP J20034647+1335125• スペクトルの特徴• Blue continuum• Balmer & He I 吸収

• 新星にしては増光が ∼8.5 等とやや小さい→ 上記の特徴から、WZ Sge 型
矮新星の可能性が最も高い• 以上の内容を ATel #13947 にて報告• 新星でこそなかったが、判定が出来たので良い結果が得られた
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Nova in Cassiopeia (TCP J00114297+6611190)
観測できなかった新星の例• 2020-07-27.9302 UT (日本時間 28時朝8時前): 発見• 22時くらいに30度を超え、28時頃に60度くらいで南中する天体• 28日: 曇り• 29日22時52分: ATel #13903 (by Sokolovsky et al.) を確認• P Cygni 型のスペクトル線がみられる古典新星だと報告される→ 初期 phase は過ぎたと判断したので、我々からは観測の発動はせず(なお、前原さんが8月4日、Observatory Time の薄明の時間に1度だけ取得)• ここ最近は再び明るくなってるらしい• vsolj-news 367 など
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今後に向けて• 京都からリモート ToO (京大時間) をやってみて• こういう御時世ですが、観測ができるのは非常にありがたいです• (あまり集まるのはよくないのかもしれませんが) 色々な方にサポートして頂けました• 一方、大きな画面が欲しいという意見がありました (1画面に GUI が入りきらない)• 土曜は名越さん@京大計算機室が、大塚さんと Skype を繋いでいたので、それを利用させて頂きました (連絡手段があるのはとても助かりました)• 先ほど大塚さんに晒されましたが…、京大時間でしたが共同利用の Slack でも連絡取りました• 観測率の向上に向けて• 新星爆発を起こす可能性が高い天体をマメに見ておく (我々の方でも?)• Tomo-e などのサーベイに協力して頂く• classical 観測前後の薄明帯、観測してなければ、発動(依頼) できれば

• 他: 京都からデータにどうアクセスする? (岡山の方に毎度頼むしかない?)
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まとめ
• 「通常の」新星のスペクトル: P Cygni 型の line profile が多数みられる• Optically thick な wind を示唆• Arai et al. (2015) による新星の増光中のスペクトル: 輝線スペクトル→ Optically thick な ejecta が現れる前の系の情報が分かるかもしれない• 同様の観測例を増やすため、せいめいでの ToO を提案• 現在まで増光中の新星の観測には成功していないが、明るい矮新星を、「日本で発見されたものを日本でその夜」分光することには成功している• 今後も、10等くらい増光する天体には同様の分光観測を仕掛けたい• 幸い、今期は多めに観測時間を頂いたので、明るい矮新星の混入も仕方ないと割り切れる(もちろん、混入をなるべく防いで発動するようにはしますが)• 爆発後、いかに速やかに検出 (サーベイ/モニター) から観測まで動けるのかが肝心• 反復新星などを狙う、Tomo-e に協力して頂く、など
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