2.4. A szupernóvák alapvet˝o típusai
2.4.1. Spektroszkópiai jellemz˝ok
Els˝oként Minkowski (1941) vette észre, hogy a szupernóvák a spektrum alapján legalább két-féle csoportba sorolhatók. Azóta a szupernóvák alapvet˝o típusait tradicionálisan spektroszkópiai jellemz˝oik alapján definiálják (lásd pl. Filippenko, 1997; Turatto, 2003). A 2.2. ábra ezeket
foglal-2.4. A szupernóvák alapvet˝o típusai
0.01 0.1 1 10
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000
Relativ fluxus
Hullámhossz (Angström) Fe II
Si II S II
O I Ca II
Ca II H I
H I
He I Fe II He I
Ia (2011fe)
Ic (2010gd) Ib (2012au)
IIb (2011dh)
II-P (2012A)
2.3. ábra. A szupernóvák f˝obb típusainak jellegzetes spektrumai a maximális fényesség környékén.
Az itt és a fejezet többi ábráján szerepl˝o spektrumok a texasi McDonald Obszervatórium 10 m-es Hobby-Eberly Teleszkópjával készültek, a redukálást és kalibrálást én végeztem.
ja össze. A szupernóva-imposztorokról és a szuperfényes szupernóvákról kés˝obbi fejezetben írok, az alábbiakban csak a tradicionális szupernóvákkal foglalkozom.
A tradicionális szupernóvatípusok jellegzetes spektrumait a 2.3. ábra mutatja. Látható, hogy a különböz˝o típusok más és más színképvonalakat mutatnak. A nagy biztonsággal azonosítható kémiai elemeket a rájuk jellemz˝o spektrumvonalhoz közel tüntettem fel (hasonló ábra található pl.
Alex Filippenko 1997-es összefoglaló cikkében). Ezek alapján az egyes típusok színképi jellemz˝oi a következ˝oek:
• Ia típus: nincs H; nincs He; er˝os Si IIλ6355 Å vonal
• Ib típus: nincs H; er˝os He I vonalak
• Ic típus: nincs H; nincs He; gyenge Si IIλ6355, er˝os Fe II, O I és Ca II
0.1 1 10
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Fényesség
Hullámhossz (Angström) SNe II
H
He I H
Fe II He I H
He I O I
Ca II
SN 2010jl IIn SN 2008am SL-IIn SN 2012A II-P SN 2011dh IIb
2.4. ábra. A II-es típuson belüli altípusok.
• II típus: er˝os H Balmer-sorozat; gyenge He I; egyre er˝osöd˝o Fe II és Ca II
• IIb típus: kezdetben er˝os, majd egyre gyengül˝o H; fokozatosan er˝osöd˝o He I.
A fenti osztályok közti határok gyakran nem élesek, így id˝onként egy SN pontos típusba soro-lása nem egyértelm˝u. Leginkább az Ia és a II típusok különülnek el egymástól. Az Ib és Ic típust sokszor összefoglalóan Ib/c-nek klasszifikálják. A maximum el˝ott az Ia és Ib/c típusok sokszor hasonló spektrumot mutatnak. Hasonlóan, a IIb típus is gyakran csak a maximum utáni fejl˝odés során mutatható ki egyértelm˝uen.
Az egyes típusokon belül általában több altípus különíthet˝o el. A II-es típuson belüli altípuso-kat a 2.4. ábra mutatja. Az legtöbb II-es típusú SN a II-P altípusba tartozik, amelynek fénygörbéjén jellegzetes konstans szakasz (plató) figyelhet˝o meg (lásd következ˝o alfejezet). A IIb altípus való-jában átmenet a II-P és az Ib között: a korai fázisban a fénygörbe inkább a II-P, míg kés˝obb inkább az Ib típus jellegzetességeit mutatja. Különleges altípusnak tekinthet˝o az er˝os kék kontínuumot és jellegzetes Lorentz-profilú emissziós H-vonalakat mutató IIn típus. Itt az "n" bet˝u az emisszi-ós vonalak keskeny (narrow) voltára utal. Ezek a keskeny emissziemisszi-ós vonalak nem magában a SN ledobott anyagában jönnek létre, hanem a SN-t övez˝o s˝ur˝u csillagkörüli anyagban (circumstellar matter, CSM). Az ilyen vonalakat mutató SN-kat kölcsönható (interacting) SN-nak is nevezik.
Az Ib/c típuson belüli változatosságot a 2.5. ábra szemlélteti. Érdekes, hogy ezekben a hidro-génszegény SN-kban is megjelenik a CSM-kölcsönhatás, amikor a CSM nem hidrogénben, hanem héliumban gazdag: ez az Ibn altípus, ami az ábrán látható módon jellegzetes keskeny He-emissziós
2.4. A szupernóvák alapvet˝o típusai
0.1 1 10
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Fényesség
Hullámhossz (Angström) SNe Ib/c
He I
He IHe I
C II O II
O II O I
Fe II Si II
O I
Ca II
SN 2010al Ibn SN 2010kd Ic-SL SN 2010gd Ic SN 2011it Ic-broad
2.5. ábra. Az Ib/c típus alosztályai.
vonalakat tartalmaz. Az Ic típusba nagyon heterogén színképeket mutató objektumok tartozhatnak:
pl. az ábrán látható egy szén-oxigén-dominálta (SN 2010kd) és átmeneti fémeket (Si II, Ca II) mu-tató (SN 2010gd) objektum is. A SN 2011it pontos típusa ún. "széles vonalú Ic" (broad-line Ic, BL-Ic), amit annak köszönhet, hogy az Ic-kre utaló vonalakat mutat, ezek azonban extrém módon kiszélesedettek. Míg a "közönséges" szupernóvák vonalkiszélesedése általában 2000 - 3000 km/s, addig a BL-Ic altípusnál ez 30 000 - 50 000 km/s. Ezt az altípust korábban "hipernóváknak" is nevezték, utalva az extrém er˝os Doppler-kiszélesedésre, kés˝obb azonban a fenti BL-Ic elnevezés honosodott meg. A jelenleg legelfogadottabb hipotézis szerint ezek az extrém széles vonalak nem gömbszimmetrikus, hanem nyalábszer˝u (jet-like) robbanás után táguló maradványban jönnek létre, amikor a nyaláb éppen kb. a megfigyel˝o irányába mutat.
A legtöbb alosztálya az Ia-típusnak van, ami nem véletlen, mivel err˝ol a típusról készült a legtöbb mérés, és a legtöbb felfedezett SN is ebbe a típusba tartozik (annak ellenére, hogy a térbeli s˝ur˝uség tekintetében nem ez a legelterjedtebb típusú SN az Univerzumban, lásd a 2.5. fejezetet).
A 2.6. ábra az Ia osztályba tartozó altípusok jellemz˝o spektrumait mutatja be kb. a fényesség-maximum idején. A legtöbb Ia az "Ia-normál" altípusba tartozik, aminél jól látható a jellegzetes, er˝os Si IIλ6355 vonal. Ez a vonal szintén er˝osen jelen van az "Ia-91bg" altípusban, amely nevét az SN 1991bg-r˝ol kapta. Az ebbe a csoportba tartozó SN-k maximumban 1 - 1,5 magnitúdóval halvá-nyabbak, mint az Ia-normál alosztályba tartozók, ezenkívül spektrumukban er˝osebbek az átmeneti fémek, így pl. a Ti II, amely 5800 Å-nél er˝osebb vonalat eredményez, mint a normál Ia-kban (Branch, Baron & Jeffery, 2003).
0.01 0.1 1 10
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Fényesség
Hullámhossz (Angström) SNe Ia
Fe II
Si II S II
O I Ca II Ia-SC
Ia-91T Iax Ia-norm
Ia-91bg
SN 2012dn Ia-SC SN 2011hr Ia-91T SN 2011ay Iax SN 2010ex Ia SN 2009L Ia-91bg
2.6. ábra. Az Ia típus alosztályai.
A normál Ia-knál fényesebbek az Ia-91T altípus tagjai, melyek jellegzetessége, hogy a maxi-mum környékén a Si II kimondottan gyenge, viszont több a magasabban ionizált fém, pl. Fe III a spektrumban. Ezekhez némileg hasonlóak az ún. "szuper-Chandra" Ia-k, melyek nevüket onnan kapták, hogy a maximális fényességük nagyobb, mint amit egy legfeljebb Chandrasekhar-tömeg˝u fehér törpe robbanása alapján várnánk. Ezek spektrumában a maximum el˝ott id˝onként megjele-nik az egyszeresen ionizált szén (C II) λ6580 vonala, ami arra utalhat, hogy a robbanó objektum anyaga nem ég el teljesen a robbanás során (részletesebben lásd lentebb). Amint az a 2.6. ábrán látható, ezen altípusok a maximum környékén alig emlékeztetnek a többi Ia-ra, inkább Ic-hez ha-sonló spektrumot mutatnak. A klasszifikáció pontosítása csak a spektrumok id˝obeli fejl˝odésének követésével lehetséges, mivel a különbség az Ia és az Ic típus között id˝oben gyorsan n˝o. Ez a korai színképekre jellemz˝o hasonlóság viszont nagyon megnehezíti az egyértelm˝u típusba sorolást akkor, amikor pusztán egy maximum környéki színkép áll rendelkezésre.
Egy igen rejtélyes, nemrég azonosított alosztály az Iax, melynek els˝o képvisel˝oje a SN 2002cx volt. Ez látszólag a 91T-alosztályra emlékeztet, viszont maximális fényessége jóval alacsonyabb, és sokkal er˝osebb a Fe II jelenléte, már a maximum el˝otti színképekben is. Ezekr˝ol részletesebben a 4.2 fejezetben lesz szó.
2.4. A szupernóvák alapvet˝o típusai