[論文レビュー] Evidence for Extended Hydrogen-Poor CSM in the Three-Peaked Light Curve of Stripped Envelope Ib Supernova

Yossef Zenati, Qinan Wang+41 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、剥ぎ取り殻のないタイプIb超新星SN 2019tsfを提示する。この超新星は、噴出物と拡張した水素非存在の周囲物質（CSM）との相互作用によって駆動される三峰型光曲線を示す、極めてまれな例である。著者らは第三の伴星による誘発されたねじれた円盤モデルを提唱し、非対称的で多峰型の光曲線および遅発的 optically thick ラジオ放射を説明する。これは、剥ぎ取り殻の超新星における二重星駆動型前身星状態に関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

We present multi-band ATLAS photometry for SN 2019tsf, a stripped-envelope Type Ib supernova (SESN). The SN shows a triple-peaked light curve and a late (re-)brightening, making it unique among stripped-envelope systems. The re-brightening observations represent the latest photometric measurements of a multi-peaked Type Ib SN to date. As late-time photometry and spectroscopy suggest no hydrogen, the potential circumstellar material (CSM) must be H-poor. Moreover, late (>150 days) spectra show no signs of narrow emission lines, further disfavouring CSM interaction. On the contrary, an extended CSM structure is seen through a follow-up radio campaign with Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), indicating a source of bright optically thick radio emission at late times, which is highly unusual among H-poor SESNe. We attribute this phenomenology to an interaction of the supernova ejecta with spherically-asymmetric CSM, potentially disk-like, and we present several models that can potentially explain the origin of this rare Type Ib supernova. The warped disc model paints a novel picture, where the tertiary companion perturbs the progenitors CSM, that can explain the multi-peaked light curves of SNe, and here we apply it to SN 2019tsf. This SN 2019tsf is likely a member of a new sub-class of Type Ib SNe and among the recently discovered class of SNe that undergo mass transfer at the moment of explosion

研究の動機と目的

• 水素を含まず、遅発的スペクトルで明確なCSM相互作用の痕跡がないタイプIb超新星SN 2019tsfの異常な三峰型光曲線を説明すること。
• 遅発的再発光およびoptically thick ラジオ放射を引き起こす原因である拡張した水素非存在の周囲物質（CSM）の起源を調査すること。
• ねじれた円盤のような非対称的CSM構造が、強いスペクトル的痕跡が見られないにもかかわらず、観測された多峰型光度曲線を再現できるかを検証すること。
• 特に第三の伴星を介した二重星相互作用が、剥ぎ取り殻の超新星におけるCSMおよび爆発ダイナミクスをどのように形作るかを評価すること。
• 遅発的光度観測、スペクトロスコピー、ラジオデータを含む多波長観測を通じて、前身星系を制約すること。

提案手法

• ATLASおよびZTFの多バンド光度観測を用いて、SN 2019tsfの光度曲線を構築し、明確に分離された三つのピークの変化を追跡した。
• 遅発的スペクトロスコピー（142日以上経過後）により、水素および幅の狭い発光線の欠如が確認され、CSMは水素非存在であり、噴出物-CSM界面での強い相互作用はないと示された。
• カール・G・ジャンスキー・非常に大規模電波望遠鏡（VLA）によるラジオ観測で、遅発的 optically thick 発光が検出され、R < 10^15 cmの範囲内に密度の高い、コンパクトなCSMが存在することが制限された。
• 第三の伴星による重力的摂動が密度増強を引き起こし、非対称的CSMを説明するねじれた円盤モデルを構築した。この密度増強が光曲線の変調を引き起こす。
• 磁気星駆動モデルを光曲線フィッティングを用いて検証し、磁場強度（B ∼ 2×10^14 G）および自転周期（P_spin ∼ 22 ms）を推定した。CSM相互作用を含む・含まない両方の状況を検討した。
• モデル比較には、純粋な磁気星、CSM相互作用、ハイブリッド磁気星-CSMの各シナリオを含め、光曲線フィッティングおよびスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 水素が検出されず、強いCSM相互作用の痕跡がないにもかかわらず、SN 2019tsfの三峰型光曲線を説明できる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 遅発的 optically thick ラジオ放射から推定される拡張した水素非存在の周囲物質（CSM）の性質と起源は何か？
• RQ3 ねじれた円盤のような非対称的CSM構造が、強いスペクトル的痕跡が見られないにもかかわらず、観測された多峰型光度曲線をどのように再現できるか？
• RQ4 CSM相互作用を含む・含まない磁気星モデルが、SN 2019tsfの全光曲線およびラジオデータをどの程度よく再現できるか？
• RQ5 二重星相互作用、特に第三の伴星が、剥ぎ取り殻の超新星におけるCSMおよび爆発ダイナミクスをどのように形作るか？

主な発見

• SN 2019tsfは三つの明確な光度ピークを示す：ATLASデータにおける一次ピーク、初回検出後約35日目の二次ピーク、および約90日目の三次ピーク。
• 遅発的スペクトロスコピー（142日以上経過後）により、水素および幅の狭い発光線の欠如が確認され、CSMは水素非存在であり、相互作用はおそらく非対称的または遮蔽されていると示唆された。
• VLAラジオ観測により、遅発的で明るいoptically thick 発光が検出され、水素非存在の剥ぎ取り殻の超新星においては稀な特徴であり、R < 10^15 cmの範囲内に密度の高いCSMが存在することが示された。
• 光曲線を駆動するための56Ni質量は0.07–0.12 M⊙と推定され、典型的なタイプIb超新星と整合的であるが、光曲線の形状から追加のエネルギー注入が生じている可能性がある。
• B ∼ 2×10^14 GおよびP_spin ∼ 22 msの磁気星モデルは光曲線に良好にフィットするが、多峰型構造を説明するにはCSM相互作用を含むハイブリッドモデルの方がより適切である。
• 第三の伴星が前身星のCSMを摂動することで誘発されるねじれた円盤モデルが、多峰型光曲線および非対称的CSMを最もよく説明し、拡張した水素非存在のCSMの物理的起源を提供する。