[論文レビュー] A Trio of GRB-SNe: GRB 120729A, GRB 130215A / SN 2013ez and GRB 130831A / SN 2013fu

Z. Cano, A. de Ugarte Postigo+63 more|May 13, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 6被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、3つのガンマ線バースト超新星（GRB-SNe）であるGRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez、およびGRB 130831A/SN 2013fuの光学および近赤外線光度測定と分光測定を報告する。SN 2013ezでは、GRB-SN史上で測定された中で最も低い膨張速度（4000–6350 km s⁻¹）を報告し、他のGRB-SNeと同様のニッケル質量および爆発エネルギーを確認しており、これは質量が大きく、急速に回転する前身星と関連していることを支持する。

ABSTRACT

We present optical and near-infrared (NIR) photometry for three gamma-ray burst supernovae (GRB-SNe): GRB 120729A, GRB 130215A / SN 2013ez and GRB 130831A / SN 2013fu. In the case of GRB 130215A / SN 2013ez, we also present optical spectroscopy at t-t0=16.1 d, which covers rest-frame 3000-6250 Angstroms. Based on Fe II (5169) and Si (II) (6355), our spectrum indicates an unusually low expansion velocity of 4000-6350 km/s, the lowest ever measured for a GRB-SN. Additionally, we determined the brightness and shape of each accompanying SN relative to a template supernova (SN 1998bw), which were used to estimate the amount of nickel produced via nucleosynthesis during each explosion. We find that our derived nickel masses are typical of other GRB-SNe, and greater than those of SNe Ibc that are not associated with GRBs. For GRB 130831A / SN 2013fu, we use our well-sampled R-band light curve (LC) to estimate the amount of ejecta mass and the kinetic energy of the SN, finding that these too are similar to other GRB-SNe. For GRB 130215A, we take advantage of contemporaneous optical/NIR observations to construct an optical/NIR bolometric LC of the afterglow. We fit the bolometric LC with the millisecond magnetar model of Zhang & Meszaros (2001), which considers dipole radiation as a source of energy injection to the forward shock powering the optical/NIR afterglow. Using this model we derive an initial spin period of P=12 ms and a magnetic field of B=1.1 x 10^15 G, which are commensurate with those found for proposed magnetar central engines of other long-duration GRBs.

研究の動機と目的

• GRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez、GRB 130831A/SN 2013fuの光学および近赤外線光曲線と分光的性質を特徴づけること。
• 16.1日後（発生時刻からの経過時間）の静止系光学分光測定を用いて、SN 2013ezの膨張速度を測定すること。
• 光曲線をSN 1998bwテンプレートと比較することにより、56Ni質量、噴出物質量、運動エネルギーを推定すること。
• 多波長データとモデル化を用いて、これらのGRB-SNeが質量が大きく、急速に回転する前身星と関連しているという標準モデルと整合しているかどうかを評価すること。
• 8–10m望遠鏡を用いた集中型で高感度の観測と、シミュレーションを組み合わせることで、GRB-SNの前身星をよりよく理解するための戦略を提唱すること。

提案手法

• Nordic Optical Telescope、Gran Telescopio Canarias、Liverpool Telescope、その他の8–10mクラスの地上望遠鏡を用いて、3つのすべてのGRB-SNeの光学および近赤外線光度測定を取得した。
• SN 2013ezの静止系光学分光測定を、t − t₀ = 16.1日で、3000–6250 Åの波長域をカバーして取得し、Fe ii λ5169およびSi ii λ6355線を用いて膨張速度を測定した。
• 各SNの光曲線の明るさと形状をSN 1998bwテンプレートに対して補正し、核合成モデルを用いて56Ni質量を推定した。
• SN 2013fuの良好にサンプリングされたRバンド光曲線を用いて、光曲線モデリングにより噴出物質量と運動エネルギーを導出した。
• 複数エポックの光度測定と分光測定を理論的シミュレーションと組み合わせ、前身星の性質と爆発ダイナミクスを推定した。
• Gemini、RATIR、GROND、Faulkes望遠鏡など複数の観測施設のデータを活用し、広い波長域および時間的カバーを確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez、GRB 130831A/SN 2013fuの、光学および近赤外線バンドにおける光度測定と分光測定の性質は何か？
• RQ2 SN 2013ezの爆発後16.1日における膨張速度は何か？他のGRB-SNeと比べてどう異なるか？
• RQ3 これらのGRB-SNeの56Ni質量、噴出物質量、運動エネルギーは、他のGRB-SNeやSNe Ibcと比べてどう異なるか？
• RQ4 観測された光曲線と分光スペクトルは、GRB-SNeが質量が大きく、急速に回転する星から生じるという仮説をどの程度支持するか？
• RQ5 具体的に8–10m望遠鏡を用いて静止系BVRIおよび近赤外線光度測定と分光測定を実施するという観測戦略は、GRB-SNの前身星モデルを最も効果的に制約するのにどの程度有効か？

主な発見

• 爆発後16.1日におけるSN 2013ezの光学分光スペクトルは、GRB-SN史上で測定された中で最も低い膨張速度（4000–6350 km s⁻¹）を示しており、異常に低いことが判明した。
• 各GRB-SNの56Ni質量は、他のGRB-SNeと同様の典型的な値であり、非GRB関連SNe Ibcと比べて顕著に高い。
• GRB 130831A/SN 2013fuに関しては、良好にサンプリングされたRバンド光曲線から得られた噴出物質量と運動エネルギーは、他のGRB-SNeと整合的である。
• 3つのGRB-SNeの光曲線をSN 1998bwに正規化した結果、明るさと発展の形が類似しており、共通の爆発メカニズムを支持する。
• 観測されたGRB-SNeの性質は、非対称的で高エネルギーの爆発を引き起こす、質量が大きく、急速に回転する星が前身星であるモデルと整合的である。
• 本研究では、今後の集中型キャンペーンにおいて、8–10m望遠鏡を用いて静止系BVRIおよび近赤外線光度測定と分光測定を実施し、高度なシミュレーションと組み合わせることで、GRB-SNの前身星モデルをさらに制約することが提唱されている。