[論文レビュー] Probing pre-supernova mass loss in double-peaked Type Ibc supernovae from the Zwicky Transient Facility

Kaustav K. Das, M. M. Kasliwal+35 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 132被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ズイッキー瞬時天体探査望遠鏡から得られた14例の二重ピーク型Ibc超新星を分析し、Ibc超新星全体の3–9％の割合を占めると判明した。低噴出質量（1.5 M☉未満）のイベントは、後期の二重星質量移動と関連づけられ、高質量の前身星は波駆動型またはパルセーション対不安定性による質量損失と整合的である。これにより、爆発前の質量損失機構が、大質量星において異なるものであることが明らかになった。

ABSTRACT

Eruptive mass loss of massive stars prior to supernova (SN) explosion is key to understanding their evolution and end fate. An observational signature of pre-SN mass loss is the detection of an early, short-lived peak prior to the radioactive-powered peak in the lightcurve of the SN. This is usually attributed to the SN shock passing through an extended envelope or circumstellar medium (CSM). Such an early peak is common for double-peaked Type IIb SNe with an extended Hydrogen envelope but is uncommon for normal Type Ibc SNe with very compact progenitors. In this paper, we systematically study a sample of 14 double-peaked Type Ibc SNe out of 475 Type Ibc SNe detected by the Zwicky Transient Facility. The rate of these events is ~ 3-9 % of Type Ibc SNe. A strong correlation is seen between the peak brightness of the first and the second peak. We perform a holistic analysis of this sample's photometric and spectroscopic properties. We find that six SNe have ejecta mass less than 1.5 Msun. Based on the nebular spectra and lightcurve properties, we estimate that the progenitor masses for these are less than ~ 12 Msun. The rest have an ejecta mass > 2.4 Msun and a higher progenitor mass. This sample suggests that the SNe with low progenitor masses undergo late-time binary mass transfer. Meanwhile, the SNe with higher progenitor masses are consistent with wave-driven mass loss or pulsation-pair instability-driven mass loss simulations.

研究の動機と目的

• 初期で短時間の光曲線ピークを示す、爆発前の質量損失を示唆する二重ピーク型Ibc超新星の出現頻度と特徴を調査すること。
• 光度測定およびスペクトロスコピー的データを用いて、これらの超新星の前身星質量と進化経路を特定すること。
• 噴出質量と光曲線の形状から、質量損失機構として二重星間質量移動と波駆動型またはパルセーション対不安定性のどちらが適切であるかを区別すること。
• 全Ibc超新星群に比して、二重ピーク型Ibc超新星の出現率を制約すること。

提案手法

• ズイッキー瞬時天体探査望遠鏡が検出した475例のIbc超新星のサンプルから、体系的に14例の二重ピーク型Ibc超新星を同定した。
• 噴出質量と前身星質量の推定のために、光曲線およびネーブラー分光スペクトルの包括的光度測定およびスペクトロスコピー的分析を実施した。
• 最初の（初期の）ピークと2番目の（放射性核種駆動型の）ピークの明るさの相関を、光曲線モデリングを用いて分析した。
• 単一星および二重星相互作用のシナリオを含む星の進化モデルと観測特性を比較した。
• 波駆動型およびパルセーション対不安定性による質量損失のシミュレーションと比較することで、質量損失機構を評価した。
• ネーブラー期スペクトルおよび光曲線の減光時間スケールを用いて、前身星質量に統計的制約を加えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重ピーク型Ibc超新星は、全Ibc超新星群に占める割合はどの程度か？
• RQ2 二重ピーク型Ibc超新星において、最初のピーク（初期）と2番目のピーク（放射性核種駆動型）の明るさにはどのような関係があるか？
• RQ3 二重ピーク型Ibc超新星の前身星質量は何か？また、噴出質量とどのように相関しているか？
• RQ4 観測された特徴を最もよく説明するのは、二重星間質量移動、波駆動型、あるいはパルセーション対不安定性のどの質量損失機構か？

主な発見

• 二重ピーク型Ibc超新星の出現率は、全Ibc超新星の3–9％と推定された。
• 最初の（初期の）ピークと2番目の（放射性核種駆動型の）ピークの明るさの間に強い相関が観測された。
• 14例中6例の超新星は、1.5 M☉未満の噴出質量であり、ネーブラー分光スペクトルおよび光曲線特性に基づき、前身星質量は約12 M☉未満と推定された。
• 残りの8例の超新星は、2.4 M☉を超える噴出質量を示しており、より高い前身星質量を示唆している。
• 低前身星質量の超新星は、後期の二重星間質量移動と整合的であり、高質量の超新星は波駆動型またはパルセーション対不安定性による質量損失のシミュレーションと一致した。
• 二重星相互作用モデルでは、質量移動が、低噴出質量超新星の観測された初期光曲線ピークに一致する、広がった低密度のエンベロープを生成できることを示した。