大規模サーベイ観測による時間軸天文学のフロンティアの開拓

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02075
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 田中 雅臣 国立天文台, 理論研究部, 助教 (70586429)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨永 望 甲南大学, 理工学部, 准教授 (00550279) ; 諸隈 智貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10594674) ; 安田 直樹 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (80333277)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 光学赤外線天文学 / 突発天体 / 超新星爆発

Outline of Annual Research Achievements

超新星ショックブレイクアウトなどの短時間突発天体の詳細な観測を行うためには、データ取得直後に候補天体を発見し、追観測を行うことが必要不可欠である。平成27年度はすばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam(HSC) 戦略枠による本格的な突発天体探査は行われないため、この時期を使ってリアルタイム突発天体検出システムの開発を行った。また、平成28年度に導入する予定の計算機の必要スペックを洗い出し、計算機選定に向けての準備を行った。
また、並行して平成27年度以前に取得された利用可能なHSCデータを解析し直し、短時間突発天体の検出を行った。その結果、赤方偏移z=0.384-0.821の範囲で、急速な増光を示す天体を5天体発見した。これらの天体の絶対等級は-16 magから -19 mag程度で、全ての天体がg-r < -0.2 magという青い色を示しており、GALEX衛星で発見されていた重力崩壊型超新星の爆発直後(爆発から2日以内)と考えられている天体に酷似している。これら5天体の特徴を超新星爆発の理論モデルと比較した結果、発見された5天体のうち、暗い側の3天体は赤色超巨星の爆発初期の冷却期で説明できることを示した。一方で、明るい側の2天体は超新星爆発の冷却期の予想光度よりも明るく早く進化しており、冷却期の放射ではなく、超新星爆発直前に放出された星周物質からのショックブレイクアウトである可能性を提案した。その場合、必要な質量放出率は0.001 Msun/yr 程度で、通常銀河系内の赤色超巨星で観測される質量放出率よりも10-100倍程度大きい。このような明るい短時間突発天体の頻度は重力崩壊型超新星の頻度の1%以上であったことから、少なくとも大質量星の1%程度が爆発の数年前に激しい質量放出を起こしている可能性を示唆した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成27年度の研究計画は、（１）すばる望遠鏡HSC戦略枠観測による突発天体探査のためのリアルタイム解析システムの開発と、（２）そのシステムを用いた短時間突発天体の探査であった。以前取得していたデータを解析する過程で、これまで研究対象としていた数時間で変動するショックブレイクアウトのような突発天体だけでなく、1日程度のタイムスケールで大きく変動する突発天体が発見されたため、まずは（２）の課題を集中的に推進した。予想していなかった天体の性質を他の天体や理論モデルと比較した結果、このような天体が星周物質からのショックブレイクアウト現象である可能性を提案した。また、そのような現象の頻度を推定し、爆発直前に濃い星周物質をまとう大質量星の割合を観測から導いた。これらの結果は既に論文として出版することができたため、課題（２）に関しては順調に進んでいると言える。一方で、突発天体探査のためのリアルタイムデータ解析システムは、解析結果を一覧するためのウェブインターフェースの整備までは終了することができず、即座に突発天体の同定を行うための環境が完全には揃っていない。そのため、研究計画全体はやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度１１月より、すばる望遠鏡HSC戦略枠観測の一環として、HSCを用いた本格的な突発天体サーベイ観測を実施する。各月の新月付近で、可視光g,r,i,z,yバンドの画像データが数日おきに繰り返し取得されるため、この多色データから短時間で変動する天体を即時に選び出すことが必要となる。この目的のために、平成２８年度前半までにデータ解析パイプラインとウェブインターフェースの開発を行う。
平成２８年１１月の観測開始以降は、検出された突発天体の性質を明らかにするために、HSC観測と同時期にGemini望遠鏡などの観測時間を獲得することで、即時分光観測を進める。また、国際共同研究体制を整え、Keck望遠鏡、Very Large Telescope (VLT)などでも分光観測を進める予定である。平成２７年度に行った研究により、HSCを用いた観測を数晩行うことで、超新星爆発の最初の１から２日以内の放射を捉えられることは検証された。平成２８年度は、（１）超新星爆発の最初の１日を捉えて即日の分光観測を成功させること、（２）超新星爆発の最初の一日の放射の統計的性質を明らかにすることを目標とする。特に、平成２７年度に行った研究や近年の他のグループの研究により、超新星爆発の最初の数日の放射は理論的予想よりも明るい可能性があり、超新星爆発が起きる直前に大規模な質量放出が起きている可能性が指摘されている。平成２８年度に行われるサーベイで超新星最初期のサンプルを構築することで、どの程度の割合の大質量星がこのような爆発直前の質量放出を起こしているのかを明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Rapidly Rising Transients from Subaru Hyper Suprime-Cam Transient Survey (2016)
  • Author(s): Tanaka, M., Tominaga, N., Morokuma, T., Yasuda, N., Furusawa, H., Baklanov, P. V., Blinnikov, S. I., Moriya, T. J., Doi, M., Jiang, J., Kato, T., Kikuchi, Y., Kuncarayakti, H., Nagao, T., Nomoto, K., & Taniguchi, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 819 Pages: 5 (15pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sodium Absorption Systems towards SN Ia 2014J Originate on Interstellar Scales (2016)
  • Author(s): Maeda, K., Tajitsu, A., Kawabata, K. S., Foley, R., Honda, S., Moritani, Y., Tanaka, M., Hashimoto, O., Ishigaki, M., Simon, J.D., Phillips, M. M., Yamanaka, M., Nogami, D., Arai, A., Aoki, W., Nomoto, K., Milisavljevic, D., Mazzali, P. A., Soderberg, A. M., Schramm, M., Sato, B., Harakawa, H., Morrell, N., Arimoto N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 816 Pages: 57 (17pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/816/2/57
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Kepler's Supernova: An Overluminous Type Ia Event Interacting with a Massive Circumstellar Medium at a Very Late Phase (2015)
  • Author(s): Katsuda, S., Mori, K., Maeda, K. Tanaka, M. , Koyama, K., Tsunemi, H., Nakajima, H., Maeda, Y., Ozaki, M., Petre, R.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 808 Pages: 49 (14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/808/1/49
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Type IIb Supernova 2013df Entering Into An Interaction Phase: A Link between the Progenitor and the Mass Loss (2015)
  • Author(s): Maeda, K., Hattori, T., Milisavljevic, D., Folatelli, G., Drout, M. R., Kuncarayakti, H., Margutti, R., Kamble, A., Soderberg, A., Tanaka, M. , et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 807 Pages: 35 (10pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/807/1/35
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] OISTER Optical and Near-Infrared Observations of Type Iax Supernova 2012Z (2015)
  • Author(s): Yamanaka, M., Maeda, K., Kawabata, K. S., Tanaka, M. , Tominaga, N., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 806 Pages: 191 (14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/191
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Electromagnetic Emission from Compact Binary Mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: The 25th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • Place of Presentation: Kyoto University, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-12-07 – 2015-12-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hunting for the First Moment of Supernovae (2015)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: Symposium on Supernovae and Supernova Remnants (SNSNR2015)
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2015-11-10 – 2015-11-11
  • Invited
• [Presentation] Radiative Transfer Simulations in Compact Star Mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Symposium on "Quarks to Universe in Computational Science"
  • Place of Presentation: Nara Kasugano International Forum IRAKA, Nara, Japan
  • Year and Date: 2015-11-04 – 2015-11-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Exploring short timescale transients with Subaru and Keck (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Subaru-Keck Synergy Workshop
  • Place of Presentation: Tohoku University, Sendai, Japan
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Supernovae: Toward Multiwavelength Studies (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Paving the Way to Simultaneous Multi-Wavelength Astronomy
  • Place of Presentation: Lorentz Center, Leiden, Netherlands
  • Year and Date: 2015-07-13 – 2015-07-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Radioactively-powered emission from compact binary mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015
  • Place of Presentation: Intex Osaka, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2015-06-17 – 2015-06-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical/infrared emission from neutron star mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: South American Supernovae (SAS) 2015,
  • Place of Presentation: ESO Chile, Santiago, Chile
  • Year and Date: 2015-04-28 – 2015-04-30
  • Int'l Joint Research