大規模サーベイ観測と輻射輸送シミュレーションによる超新星爆発の研究

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24740117
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 宇宙物理学 / 超新星爆発 / 輻射輸送

Research Abstract

今年度は計画通り、東京大学木曽観測所の1mシュミット望遠鏡と広視野カメラKWFC (Kiso Wide Field Camera)を用いて、高頻度の超新星サーベイを開始した。得られたデータを即時に解析し、突発天体を発見するシステムを整備し、安定して約100晩の観測を行った結果、1年間で30天体を超える超新星爆発候補天体を発見した。ほとんどの天体はデータが取得された晩のうちに発見されており、高頻度なサーベイの強みが生かされている。見つかった候補天体のうち7天体の分光観測に成功し、国際天文連合により超新星爆発と認定された。発見された超新星と候補天体の個数はおおよそ事前の予想通りであり、突発天体サーベイ観測を期待通りに遂行できることが実証された。一方で、分光同定することができた超新星爆発の割合が低く、分光フォローアップ観測体制をより拡充すべきという課題も明らかとなった。
超新星爆発のメカニズムに関する研究では、これまでに得た近傍超新星爆発の偏光分光データを定量的に解釈すべく、偏光を含んだ３次元輻射輸送シミュレーションコードを開発した。このコードを用いて、様々な超新星放出物質内での元素分布を仮定し、偏光スペクトルのシミュレーションを行った。特に、元素分布が2次元軸対称の場合と3次元クランプ状の場合に大きな違いが見えることが明らかとなった。実際の偏光観測データは3次元的な構造を持っている場合に予想されるものに非常に近く、超新星爆発が3次元構造を持つことを示唆している。この結果をもとに、まずは観測データと数例のみのシミュレーション結果を掲載した論文を出版した。今後より詳細な比較を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、世界でも類を見ない1時間おきの反復観測による高頻度超新星サーベイを遂行することが研究の第一目的であった。１年間に約100晩の観測を行った結果、得られたデータを即時に解析し、突発天体を発見するシステムが安定的に動作することと、そのデータをチェックする人的体制が機能することが確認できた。そして期待通りの個数の超新星爆発候補天体を発見できたことは特筆すべきである。また、観測開始から半年間で、発見後の分光観測体制が不十分であることが浮き彫りになってきたため、年度途中から積極的に国内外の研究者と議論を重ね、その結果、約30名の研究者からなる分光フォローアップ体制を確立することができた。以上より、超新星サーベイ観測はおおむね順調に進んでいると判断している。
超新星爆発のメカニズムに関する研究では、偏光を含んだ輻射輸送シミュレーションコードを計画通りに開発することができた。また、その結果を使った、超新星爆発の偏光分光観測データに関する論文も出版することができ、おおむね順調に研究が進んでいる。一方で、シミュレーションと観測データの詳細な比較はまだ完了しておらず、次年度に行うこととする。

Strategy for Future Research Activity

超新星サーベイ観測は、今年度に確立したシステムを安定的に運用して、観測を続ける。特に、分光フォローアップ観測の成功率を上げる事を目標とし、超新星爆発の初期段階を捉える事を目指す。
超新星爆発メカニズムに関する研究は、偏光を含んだ輻射輸送シミュレーションをより広いパラメータ空間に対して行い、観測との比較を行う。特に、一つのモデルが予想する偏光の波長依存性、頻度分布に注目して研究を行う。得られたシミュレーション結果と実際の観測を組み合わせることにより、超新星爆発内の元素分布を定量的に引き出す事を目標とする。
本研究の最終目標の一つは、超新星爆発の流体力学シミュレーションと実際の観測を繋ぐことであり、この目標のために、超新星爆発放出物質内での３次元、時間依存、波長依存の輻射輸送シミュレーションコードの開発に着手する。まずは爆発メカニズムが比較的良く理解されているIa型超新星のモデルを用いて、超新星爆発の光度曲線とスペクトルを計算するところまでを次年度の目標とする。Ia型超新星でシミュレーションがうまくいくことを確認した後に、重力崩壊型超新星の流体力学シミュレーションに適用する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし

Research Products

• [Journal Article] Light Curve Modeling of Superluminous Supernova 2006gy: Collision between Supernova Ejecta and Dense Circumstellar Medium (2013)
  • Author(s): Moriya, T. J., Blinnikov, S. I., Tominaga, N., Yoshida, N., Tanaka, M., Maeda K., Nomoto, K.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 428 Pages: 1020-1035
  • DOI: 10.1093/mnras/sts075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional Explosion Geometry of Stripped-Envelope Core-Collapse Supernovae. I. Spectropolarimetric Observations (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Kawabata, K. S., Hattori, T., Mazzali, P. A., Aoki, K., Iye, M., Maeda, K., Nomoto, K., Pian, E., Sasaki, T., & Yamanaka, M.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 754 Pages: id. 63, 10pp
  • DOI: 10.1088/0004-637X/754/1/63
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Fast and Faint SN 2010bh Associated with GRB 100316D (2012)
  • Author(s): Bufano, F et al. (including Tanaka, M.)
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 753 Pages: id. A67, 13pp
  • DOI: 10.1088/0004-637X/753/1/67
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Optical SN 2012bz Associated with the Long GRB 120422A (2012)
  • Author(s): Melandri, A. et al. (including Tanaka, M.)
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 547 Pages: id. A82, 7pp
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201219879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Super-Chandrasekhar-Mass Light Curve Models for the Highly Luminous Type Ia Supernova 2009dc (2012)
  • Author(s): Kamiya, Y., Tanaka, M., Nomoto, K., Blinnikov, S. I., Sorokina, E. I., Suzuki, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 756 Pages: id. 191, 12pp
  • DOI: 10.1088/0004-637X/756/2/191
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A theoretical color-velocity correlation for supernovae associated with gamma-ray bursts (2012)
  • Author(s): Rapoport, S., Sim, S. A., Maeda, K., Tanaka, M., Kromer, M., Schmidt, B. P., Nomoto, K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 759 Pages: id. 38, 10pp
  • DOI: 10.1088/0004-637X/759/1/38
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual Long and Luminous Optical Transient in the Subaru Deep Field (2012)
  • Author(s): Urata, Y. Tsai, P. P., Huang, K., Morokuma, T., Yasuda, N., Tanaka, M., Motohara, K., Hayashi, M., Kashikawa, N., Ly, C., Malkan, M A.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 760 Pages: id. L11, 6pp
  • DOI: 10.1088/2041-8205/760/1/L11
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超新星爆発の偏光分光観測 (2013)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 研究会「光赤外偏光天文学の軌跡と今後」
  • Place of Presentation: リリックおがわ(埼玉県)
  • Year and Date: 20130317-20130318
  • Invited
• [Presentation] 広視野突発天体サーベイと3.8m望遠鏡によるサイエンス (2013)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 岡山3.8m新望遠鏡によるサイエンスと観測装置ワークショップ
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 20130312-20130313
• [Presentation] 中性子星連星合体の観測的特徴と可視光観測の戦略 (2013)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 研究会「コンパクト連星の合体と電磁波対応天体」
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 20130214-20130215
• [Presentation] 時間変動天体サイエンスとHSC-Euclidサーベイ (2013)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: HSC-Euclidサイエンス検討研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 20130110-20130110
  • Invited
• [Presentation] High-Cadence Optical Transient Survey (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 科研費新学術領域「重力波天体」研究会(第2回)
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 20121227-20121228
• [Presentation] 超新星の観測 (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 第25回理論懇シンポジウム「計算宇宙物理の新展開」
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県)
  • Year and Date: 20121222-20121224
  • Invited
• [Presentation] KISS: Kiso Supernova Survey (2012)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Kavli IPMU Focus Week for Supernovae Near and Far
  • Place of Presentation: 東京大学(千葉県)
  • Year and Date: 20121212-20121214
• [Presentation] High-Cadence Supernova Survey (2012)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Workshop on "Supernovae, Dark Energy, and Cosmology"
  • Place of Presentation: 東京大学(千葉県)
  • Year and Date: 20121120-20121121
• [Presentation] Spectropolarimetric Observations of Supernovae (2012)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Tsinghua Transient Workshop 2012
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 20121105-20121109
  • Invited
• [Presentation] Bridging young SNe and SNRs (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 超新星と超新星残骸の融合研究会 －恒星進化、爆発メカニズムと元素合成－
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 20121015-20121017
• [Presentation] 超新星爆発:可視光観測の現状とこれから (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2012
  • Place of Presentation: 東京大学(千葉県)
  • Year and Date: 20120925-20120927
  • Invited
• [Presentation] 可視光偏光分光観測で探る超新星爆発の３次元形状 (2012)
  • Author(s): 田中 雅臣、川端 弘治、服部 尭、青木 賢太郎、家 正則、佐々木 敏由紀、山中 雅之、前田 啓一、野本 憲一、P. A. Mazzali、E. Pian
  • Organizer: 日本天文学会2012年秋季年会
  • Place of Presentation: 大分大学(大分県)
  • Year and Date: 20120919-20120921
• [Presentation] 2020年代の恒星研究 (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 2012年度光赤天連シンポジウム「2020年に向けてのロードマップ」
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 20120809-20120810
  • Invited
• [Presentation] 3D Geometry of Supernovae: Spectropolarimetric Observations (2012)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Core-Collapse Supernovae: Models and Observable Signals
  • Place of Presentation: Seattle, USA
  • Year and Date: 20120716-20120720
  • Invited
• [Presentation] 大規模観測 KISS: ソフトウェア (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 木曽シュミットシンポジウム2012
  • Place of Presentation: 木曽勤労者福祉センター(長野県)
  • Year and Date: 20120710-20120711
• [Presentation] ALMAによる超新星ダストの観測 (2012)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: ALMAで探る超新星爆発とその残骸
  • Place of Presentation: 青山学院大学(神奈川県)
  • Year and Date: 20120601-20120602
• [Remarks] 超新星爆発の形、実はでこぼこ？ －すばる望遠鏡で迫る超新星爆発のメカニズム－
  • URL: https://www.naoj.org/Pressrelease/2012/08/02/j_index.html