超高輝度超新星

超高輝度超新星（SLSN 、複数形はsuper luminous supernovae、SLSNe ）は、標準的な超新星の10倍以上の明るさを持つ恒星の爆発の一種です。^[1]超新星と同様に、SLSNeはいくつかのメカニズムによって生成されるようで、光度曲線とスペクトルによって簡単に明らかになります。どのような条件でSLSNが生成されるかについては、特に大質量星の中心核の崩壊、ミリ秒マグネター、星周物質との相互作用（CSMモデル）、または対不安定性超新星など、複数のモデルがあります。

ガンマ線バーストに関連する超高輝度超新星として最初に確認されたのは、2003年にGRB 030329がしし座を照らしたときでした。 ^[2] SN 2003dhは、太陽の25倍の質量を持つ星の死を表しており、物質は光速の10分の1を超える速度で吹き飛ばされました。^[3]

M ≥ 40 M _☉の恒星は超高輝度超新星を発生する可能性が高い。^[4]

21 世紀に発見された多数の超新星は、ほとんどの超新星よりも一桁明るいだけでなく、その残骸が従来の超新星の観測エネルギーの原因となる典型的な放射性崩壊によってエネルギーを得ている可能性も低いことが示されました。^{[検証が必要]}

SLSNeイベントは、従来のIa型、Ib/Ic型、II型超新星と区別するために別の分類体系を使用しており、^[5]大まかに水素に富むイベントと水素に乏しいイベントのスペクトル特性を区別しています。^{[検証が必要]}

水素に富むSLSNはタイプSLSN-IIに分類され、観測される放射線は厚い膨張水素外殻の変化する不透明度を通過します。水素に乏しいイベントのほとんどはタイプSLSN-Iに分類され、その可視放射線は未知のメカニズムによって駆動される物質の大きな膨張外殻から生成されます。あまり一般的ではない3番目のSLSNグループも水素に乏しく異常に明るいですが、明らかに⁵⁶ Niからの放射能によって駆動されています。^{[6] [検証が必要]}

発見数の増加により、一部の SLSNe はこれら 3 つのクラスに明確に当てはまらないことがわかってきたため、さらにサブクラスや独自のイベントが記述されるようになりました。SLSN-I の多くまたはすべては、水素やヘリウムのないスペクトルを示していますが、従来の Ic 型超新星に匹敵する光度曲線を持ち、現在は SLSN-Ic として分類されています。^[7] PS1-10afx は、異常に赤い水素のない SLSN で、ピーク光度が記録に近いほど急速に上昇し、異常に急速に低下しています。^[8] PS1-11ap は Ic 型 SLSN に似ていますが、上昇と下降が異常に緩やかです。^[7]

標準的な超新星よりも 1 桁以上大きいイベントを説明するために、さまざまな原因が提案されています。コラプサー モデルと CSM (恒星周物質) モデルは一般的に受け入れられており、多くのイベントがよく観測されています。他のモデルはまだ暫定的に受け入れられているか、完全に理論的なままです。

コラプサーモデルは、重力で崩壊した物体、つまりブラックホールを生み出す超高輝度超新星の一種である。「コラプサー」という言葉は、「崩壊した星」の略で、かつては恒星の重力崩壊の最終産物である恒星質量ブラックホールを指して使われていた。この言葉は現在、高速で回転する恒星の崩壊の特定のモデルを指すために使用されることがある。太陽の質量( M _☉ ) の少なくとも約 15 倍の核を持つ恒星で核崩壊が起こると、化学組成と自転速度も重要であるが、爆発エネルギーは恒星の外層を放出するには不十分であり、目に見える超新星爆発を生み出さずにブラックホールに崩壊する。

中心核の質量がこのレベルよりわずかに低い（5～15 M _☉の範囲）恒星は 超新星爆発を起こすが、放出された質量の多くが中心核残骸に落下するため、やはりブラックホールに崩壊する。このような恒星がゆっくり回転している場合は、かすかな超新星爆発を起こすが、十分に速く回転している場合は、ブラックホールへの落下によって相対論的ジェットが発生する。これらのジェットが放出された殻に伝えるエネルギーにより、目に見える爆発は標準的な超新星よりも大幅に明るくなる。ジェットは高エネルギー粒子とガンマ線も直接外側に放射し、それによって X 線またはガンマ線バーストを発生させる。ジェットは数秒以上続くことがあり、長時間ガンマ線バーストに対応するが、短時間ガンマ線バーストの原因とはならないようである。

5–15  M _☉の中心核を持つ恒星は、質量が大きく失われていないと仮定すると、全質量が約 25–90  M _☉になります。このような恒星は水素の外殻を持ち、II 型超新星として爆発します。微弱な II 型超新星は観測されていますが、II 型 SLSN の明確な候補はありません (ジェット超新星ではないと考えられている IIn 型を除く)。金属量の最も低い種族 III の恒星だけが、質量をほとんど失わずにこの段階に到達します。その他の恒星 (私たちが見えるほとんどの恒星を含む) は、その高輝度により外層のほとんどが吹き飛ばされ、ウォルフ・ライエ星になります。一部の理論では、これらの恒星は Ib 型または Ic 型の超新星を生成すると提案されていますが、これらのイベントはこれまで自然界で観測されていません。観測された SLSNe の多くは Ic 型である可能性があります。ガンマ線バーストに関連するものはほとんどがタイプ Ic であり、ブラックホールへのフォールバックによって生成される相対論的ジェットが存在する非常に有力な候補です。ただし、すべてのタイプ Ic SLSNe が観測されたガンマ線バーストに対応するわけではなく、ジェットの 1 つが地球に向けられている場合にのみイベントが見えるようになります。

近年、長時間ガンマ線バーストに関する多くの観測データにより、これらの現象に対する理解が大幅に深まり、コラプサーモデルでは、通常の超新星とは細部が異なるだけで、エネルギー範囲がほぼ通常から約 100 倍に及ぶ爆発が発生することが明らかになりました。

崩壊型超新星の好例は、ガンマ線バーストGRB980425と関連したSN1998bw ^{[9]である。この超新星は、}電波スペクトルにおける特徴的なスペクトル特性からIc型超新星に分類され、相対論的物質の存在を示している。

観測されたほぼすべてのSLSNeは、タイプIcまたはタイプIInの超新星に類似したスペクトルを持っています。タイプIcのSLSNeはブラックホールへのフォールバックからのジェットによって生成されると考えられていますが、タイプIInのSLSNeは光度曲線が著しく異なり、ガンマ線バーストとは関連がありません。タイプIInの超新星はすべて、おそらく祖先の星自体から放出された高密度の星雲に埋め込まれており、この星周物質（CSM）が余分な光度の原因であると考えられています。^[10]最初の通常の超新星爆発で放出された物質が星に近い高密度の星雲物質または塵と出会うと、衝撃波が運動エネルギーを効率的に可視放射線に変換します。この効果により、最初の爆発エネルギーが通常の超新星と同じであっても、これらの延長された持続時間と非常に明るい超新星が大幅に増加します。

どのようなタイプの超新星でもI型SLSNeが生成される可能性があるが、周囲のCSMのサイズと密度に関する理論的な制約から、観測された超新星イベントの直前に中心の祖星自体から生成されることがほぼ確実である。このような星は、 SN2005glのように、エディントン不安定性により大幅な質量損失を起こしていると思われる極超巨星またはLBVの候補である可能性が高い。^[11]

SLSNの疑いのある別のタイプは対不安定性超新星であり、SN 2006gy ^{[12]はおそらくその最初の観測例である。この超新星イベントは、地球から約2億3800万光年（73}メガパーセク）離れた銀河で観測された。

対不安定性崩壊の理論的根拠は数十年前から知られており^[13]、超大質量の種族IIIの星が爆発した初期宇宙で高質量元素の主な発生源として示唆されていた。対不安定性超新星では、対生成効果により星の中心部に突然の圧力低下が生じ、急速な部分崩壊につながる。崩壊による重力ポテンシャルエネルギーにより中心部の暴走核融合が起こり、星は完全に破壊され、残骸は残らない。

モデルによれば、この現象は金属量が極めて低く、質量が太陽の約130～260倍の星でのみ発生するため、局所宇宙で発生する可能性は極めて低い。当初、SLSNの爆発は通常の超新星の数百倍の明るさになると予想されていたが、現在のモデルでは、実際の明るさは通常のコア崩壊型超新星と同程度から、おそらく50倍の明るさになるが、明るさはずっと長く続くと予測されている。^[14]

マグネターの生成とそれに続くスピンダウンのモデルは、通常の超新星^{[15] [16]}イベントよりもはるかに高い光度をもたらし、少なくともいくつかのSLSNの観測された特性^{[17] [18]}と一致しています。ペア不安定性超新星がSLSNを説明するのに適していない可能性がある場合、^[19]マグネターによる説明の方が妥当です。

異常な配置や合体中の連星系、白色矮星、中性子星から発生する SLSN 爆発のモデルはまだ存在しており、これらの一部は観測されたガンマ線バーストの一部を説明するために提案されています。

• SN 2018牛
• ガンマ線バーストの起源 – ガンマ線バーストを放出する天体の種類
• 極超新星 – 異常に高い速度で大きな質量を放出する超新星
• クォーク星 – 主にクォークからなる物質を形成するコンパクトな異星
• クォーク新星 – 中性子星がクォーク星に変化することによって起こるとされる激しい爆発

• すべての超高輝度超新星のリストは、2020 年 8 月 7 日にWayback Machineの The Open Supernova Catalog にアーカイブされています。2016 年 3 月 3 日にWayback Machineにアーカイブされています。