[論文レビュー] Photometric observations and preliminary modeling of type IIb supernova 2011dh

D. Yu. Tsvetkov, I. M. Volkov+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、爆発後約300日間にわたり、Type IIb超新星SN 2011dhの広範なUBVRI photometryを提示し、13 M⊙の前身星モデルを用いてSTEELAコードによる予備的モデリングを実施した。光曲線の主要な特徴を再現できたが、モデルは初期フラッシュの輝度を低く見積もっており、持続時間は過大評価しており、観測と一致させるためには、前身星パラメータまたは爆発ダイナミクスの精錬が必要であることが示された。

ABSTRACT

CCD UBVRI photometry is presented for type IIb SN 2011dh for about 300 days. The main photometric parameters are derived and the comparison with SNe of similar types is reported. The light curves are similar to those for SN IIb 2008ax, but the initial flash is stronger and very short, and there are humps on the light curves in U and B at the onset of linear decline. Preliminary modeling is carried out, and the results are compared to the quasi-bolometric light curve and to the light curves in UBVRI bands.

研究の動機と目的

• 爆発後約300日間の高頻度U既是にUBVRI photometric light curvesを取得・解析すること。
• SN 2011dhのphotometric挙動を、特にSN 1993JおよびSN 2008axと比較し、光曲線および色の変化における多様性を評価すること。
• 13 M⊙の前身星モデルを用いてSTEELAコードによる準ボロメトリックおよびUBVRI光曲線のモデリングを行い、爆発パラメータを制約すること。
• 爆発エネルギー、噴出物質量、半径の変動が合成光曲線に与える影響を評価し、モデルの観測との適合度を検討すること。

提案手法

• 2011年6月から2012年4月にかけて、6か所の観測所（C19, S15, S60, C60, M70, K60, K100a）の複数の望遠鏡を用いてCCD UBVRI photometryを取得した。
• IRAFを用いて画像差分法およびPSFフィッティングphotometryを実施し、標準星はPastorelloら（2009）のものを用いてキャリブレーションを行った。
• U既是にBVRIバンドの全フレックスを統合して準ボロメトリック光曲線を構築し、欠落データは色曲線を用いて補間した。
• 時間に依存する多群非平衡放射線輸送と暗黙的流体力学を組み合わせたSTEELAコードを用いた。
• 固定された56Ni質量（0.07 M⊙）を持つ13 M⊙の前身星モデル（Woosley ら 1994, Model 13C）のバリエーション6種をテストし、半径、質量、爆発エネルギーを変化させた。
• モデルから得られた合成光曲線を観測されたUBVRIおよび準ボロメトリック光曲線と比較し、モデルの性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2011dhの光曲線および色の変化は、SN 1993J や SN 2008ax などの他のType IIb超新星と比べてどのように異なるか？
• RQ2 SN 2011dhの主なphotometric特性、特に強力で短時間の初期フラッシュおよびUおよびBバンドにおけるその後のハップの性質は何か？
• RQ3 爆発パラメータを変化させた13 M⊙の前身星モデルを用いた場合、観測された準ボロメトリックおよびUBVRI光曲線をどの程度再現できるか？
• RQ4 なぜ合成光曲線は観測された初期フラッシュの輝度および持続時間と一致しないのか？適合を改善するためのモデル調整は何か？
• RQ5 観測された光曲線および色の変化は、SN 2011dhの前身星半径、爆発エネルギー、噴出物質量にどのような制約を課えるか？

主な発見

• SN 2011dhはUおよびBバンドに非常に短時間の強い初期フラッシュを示し、日付0（JD 2455712.9）におけるVバンドのピーク視等級は約13.5 magであった。その後、UおよびBバンドにハップを伴いながら線形に減光した。
• 準ボロメトリック光曲線は、約13.0 magの主ピークを示し、絶対的Vバンドピーク視等級は-17.16 magであった。SN 2002ap（Ic）と同等の明るさであり、SN 1996cb（IIb）よりも明るい。
• 色の変化はKポイントに達するまで急速に赤くなるが、その後青くなる。SN 2011dhはSN 1993J や SN 2008ax よりもB-VおよびV-Rが著しく赤く、U-BおよびR-I色はSN 2008axと最も一致する。
• モデル3（R=300 R⊙, M=2.24 M⊙, E=2.0×10⁵¹ erg）およびモデル6（R=300 R⊙, M=4.24 M⊙, E=2.0×10⁵¹ erg）はVおよびRバンドの主ピークを最もよく再現したが、短時間で明るい初期フラッシュを再現できなかった。
• 前身星半径を小さくするとフラッシュの持続時間が短縮されるが、ピーク輝度は低下する。一方、爆発エネルギーを増加させると（例：モデル5）、特に初期段階で適合が悪化する。
• 全体として、モデルは光曲線の広い形状および遅延期の進化を再現しているが、初期フラッシュに一貫した不一致が生じており、現在の前身星モデルの仮定や入力パラメータに限界があることが示された。