[論文レビュー] Optical Observations of the Type Ic Supernova 2007gr in NGC 1058 and Implications for the Properties of its Progenitor

Juncheng Chen, Xiaofeng Wang+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、Type Ic超新星2007grの広範な光学観測を行い、通常は見られない狭い線幅、顕著な炭素線特徴、および非対称な二重ピーク構造を示す[O I]およびMg I]のネーブラー線を明らかにした。データは、低質量のWolf-Rayet星（約8–9 M⊙）が連星系内で低エネルギーで爆発した可能性を示唆しており、トーラス状の幾何的形状をとる非球形な噴出物質を伴う。これは、SN IbとIcの中間的性質を示す遷移的対象であり、ヘリウム層が保持されており、炭素を多く含む外層を持つことを示している。

ABSTRACT

We present extensive optical observations of the normal Type Ic supernova (SN) 2007gr, spanning from about one week before maximum light to more than one year thereafter. The optical light and color curves of SN 2007gr are very similar to those of the broad-lined Type Ic SN 2002ap, but the spectra show remarkable differences. The optical spectra of SN 2007gr are characterized by unusually narrow lines, prominent carbon lines, and slow evolution of the line velocity after maximum light. The earliest spectrum (taken at t=-8 days) shows a possible signature of helium (He~I 5876 at a velocity of ~19,000 km s{-1}). Moreover, the larger intensity ratio of the [O I] 6300 and 6364 lines inferred from the early nebular spectra implies a lower opacity of the ejecta shortly after the explosion. These results indicate that SN 2007gr perhaps underwent a less energetic explosion of a smaller-mass Wolf-Rayet star (~ 8--9 Msun) in a binary system, as favored by an analysis of the progenitor environment through pre-explosion and post-explosion Hubble Space Telescope images. In the nebular spectra, asymmetric double-peaked profiles can be seen in the [O~I] 6300 and Mg~I] 4571 lines. We suggest that the two peaks are contributed by the blueshifted and rest-frame components. The similarity in velocity structure and the different evolution of the strength of the two components favor an aspherical explosion with the ejecta distributed in a torus or disk-like geometry, but inside the ejecta the O and Mg have different distributions.

研究の動機と目的

• 爆発後1年を超える期間にわたり、SN 2007grの光学的光度曲線と色曲線を最大光度の前後から特徴づけること。
• 線幅、イオンの存在比、および速度構造に注目し、SN 2007grの分光的進化を調査すること。
• 初期スペクトル、ネーブラー線の強度比、およびHSTによる爆発前後画像を用いて、SN 2007grの前身星の性質を制約すること。
• 分光的特徴と噴出物質の非対称性に基づき、SN 2007grがSN IbとIcの中間的対象であるかどうかを同定すること。
• 二重ピーク構造を示す[O I]およびMg I]線の速度構造と輝度比の時間的変化を用いて、爆発幾何形状を解明すること。

提案手法

• 最大光度の約8日前から430日後までの、SN 2007grの多エポック光学的光度測定と分光観測を実施した。
• 初期スペクトルにおける分光的特徴を特定するためにSYNOWモデリングを用い、特に約19,000 km s⁻¹で観測された5500 Å付近の吸収が、He I λ5876と同定された可能性を検討した。
• t = 129日におけるネーブラー分光を分析し、[O I] λ6300/λ6364強度比を測定することで、光学的に薄い噴出物質であり、低質量の噴出物質であることを示した。
• [O I] λλ6300,6364およびMg I] λ4571の非対称な二重ピークプロファイルを、ブルーシフト成分とリスターム成分の組み合わせとしてモデル化した。
• Mg I]および[O I]線の速度構造と輝度比の時間的進化を比較することで、噴出物質内における酸素とマグネシウムの異なる空間的分布を推定した。
• HSTによる爆発前後画像を用いた前身星環境解析を統合し、前身星の終系列質量を約8–9 M⊙と推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2007grの光度的・分光的進化に基づき、前身星質量と爆発エネルギーは何か？
• RQ2 高エネルギーのHe I λ5876特徴が初期に検出された場合、これは残留ヘリウム層を示唆し、SN IbとIcの中間的対象を示すものか？
• RQ3 ネーブラー状態における[O I] λ6300/λ6364強度比と噴出物質の光学厚さは、噴出物質質量と爆発エネルギーをどのように制約するか？
• RQ4 [O I]およびMg I]線に見られる非対称な二重ピーク構造は、爆発幾何形状と元素の分布に何を明らかにするか？
• RQ5 HSTによるクラスタ解析から示唆されるように、SN 2007grの前身星は、近接した連星系に存在する低質量Wolf-Rayet星と整合的か？

主な発見

• SN 2007grは、SN 2002apとほぼ同一の光度曲線と色曲線を示すが、顕著に狭いスペクトル線幅を示しており、単位質量あたりの爆発エネルギーが低いことを示唆している。
• 初期スペクトル（t ≈ -8日）では、約19,000 km s⁻¹で観測されたHe I λ5876の吸収が確認され、外層に高エネルギーのヘリウム層が存在することを示唆している。
• t = +12日における9000 Å付近の顕著なC I線は、炭素を多く含む外層が存在することを示しており、通常のSN Icでは稀な特徴である。
• t = 129日における[O I] λ6300/λ6364強度比が約3:1であることは、噴出物質がすでに光学的に薄くなっていることを示し、低質量の噴出物質（約1–2 M⊙）であることを示唆している。
• 二重ピーク構造を示す[O I]およびMg I]線は、ブルーシフト成分とリスターム成分の組み合わせとして最もよく説明され、輝度比の時間的進化が異なることから、酸素とマグネシウムが噴出物質内で異なる空間的分布を持つことが示された。
• Mg I]および[O I]線の速度構造と輝度比の時間的進化は、トーラス状の幾何的形状をとる非球形爆発を支持しており、酸素とマグネシウムが噴出物質内で重複していないことを示している。