[論文レビュー] Keck and ESO-VLT View of the Symmetry of the Ejecta of the XRF/SN 2006aj

P. A. Mazzali, R. J. Foley+12 more|Mar 6, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 33

ひとこと要約

本研究は、KeckおよびVLT望遠鏡を用いてXRF/SN 2006ajのネーブル相スペクトルを分析し、中心に密度の高いコアを持つ対称的な噴出物が存在することを明らかにした。データは低アスペリシティを示しており、56Ni質量は約0.20 M☉、8000 km s⁻¹未満の全噴出質量は約2 M☉であると確認された。これは、約20 M☉のZAMS質量を有する前身星と中性子星残骸を示しており、XRFがGRBの球状で弱い類縁体であることを支持する。

ABSTRACT

Nebular-phase spectra of SN 2006aj, which was discovered in coincidence with X-ray flash 060218, were obtained with Keck in 2006 July and the Very Large Telescope in 2006 September. At the latter epoch spectropolarimetry was also attempted, yielding an upper limit of ~ 2% for the polarization. The spectra show strong emission lines of [OI] and MgI], as expected from a Type Ic supernova, but weak CaII lines. The [FeII] lines that were strong in the spectra of SN 1998bw are much weaker in SN 2006aj, consistent with the lower luminosity of this SN. The outer velocity of the line-emitting ejecta is ~ 8000 km/s in July and ~ 7400 km/s in September, consistent with the relatively low kinetic energy of expansion of SN 2006aj. All emission lines have similar width, and the profiles are symmetric, indicating that no major asymmetries are present in the ejecta at the velocities sampled by the nebular lines (v < 8000 km/s), except perhaps in the innermost part. The spectra were modelled with a non-LTE code. The mass of 56Ni required to power the emission spectrum is ~ 0.20 Msun, in excellent agreement with the results of early light curve modelling. The oxygen mass is ~ 1.5 Msun, again much less than in SN 1998bw but larger by ~ 0.7 Msun than the value derived from the early-time modelling. The total ejected mass is ~ 2 Msun below 8000 km/s. This confirms that SN 2006aj was only slightly more massive and energetic than the prototypical Type Ic SN 1994I, but also indicates the presence of a dense inner core, containing ~ 1 Msun of mostly oxygen and carbon. The presence of such a core is inferred for all broad-lined SNe Ic. This core may have the form of an equatorial oxygen-dominated region, but it is too deep to affect the early light curve and too small to affect the late polarization spectrum.

研究の動機と目的

• 遅発相スペクトルを用いてXRF/SN 2006ajの噴出物のアスペリシティを調査すること。
• ネーブル相の噴出物における56Ni、酸素、カルシウムの質量分布を特定すること。
• 特に内側領域において爆発が非球形であったかどうかを評価すること。
• 初期相の光曲線モデルと遅発相のネーブルスペクトルを一致させること。
• XRF関連SNeにおける前身星質量および残骸タイプに与える含意を評価すること。

提案手法

• 2006年7月にKeck、2006年9月にVLTを用いてSN 2006ajのネーブル相スペクトルを取得した。
• VLTでのスペクトル偏光測定によりアスペリシティを検出しようとしたが、偏光上限は約2%であった。
• 非局所熱平衡（non-LTE）放射輸送コードを用いてネーブルスペクトルをモデル化し、元素質量および噴出物構造を導出した。
• 導出された質量（56Ni、酸素、カルシウム）を初期相の光曲線モデリング結果と比較した。
• ラインプロファイルの対称性および速度構造を分析し、噴出物幾何学および密度勾配を推定した。
• [O i]ラインにおけるv ≤ 2000 km s⁻¹でのフラックス増強から、低速度で密度の高いコアの存在を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2006ajの噴出物は、特に内側領域においてどの程度非球形であるか？
• RQ2 ネーブル発光を駆動するのに必要な56Ni質量は何か？初期相の推定値と比較するとどうか？
• RQ3 噴出物に含まれる酸素およびカルシウムの総質量は何か？他のSNe Ic-BLと比較するとどうか？
• RQ4 密度の高い内核の存在が初期光曲線または偏光に影響を与えるか？もしあるならば、その影響は何か？
• RQ5 ネーブルスペクトルおよび偏光の結果から、前身星質量および残骸タイプについて何が示唆されるか？

主な発見

• ネーブルスペクトルは、8000 km s⁻¹未満の速度範囲で顕著な非対称性を示さない対称的ラインプロファイルを示しており、低アスペリシティと整合的である。
• ネーブル発光を駆動するにあたって必要な56Ni質量は約0.20 M☉であり、初期相の光曲線モデリングと非常に良好に一致している。
• 酸素質量は約1.5 M☉であり、SN 1998bwと比較して顕著に少ないが、初期相モデリング推定値より約0.7 M☉高い。
• 8000 km s⁻¹未満の全噴出質量は約2 M☉であり、相対的に低エネルギーの爆発であることを示している。
• 酸素および炭素の質量約1 M☉の密度の高い内核が推定され、低速度域にディスク状構造が形成されている可能性がある。
• 検出可能な偏光が存在しない（≤2%）ことから、56Ni分布および内核が顕著に非球形ではないことが示され、球状またはほぼ球状の爆発を支持する。