[論文レビュー] SN 2005bf: A Transition Event Between Type Ib/c Supernovae and Gamma Ray Bursts

G. Folatelli, C. Contreras+22 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

SN 2005bf は、質量の大きな Wolf-Rayet WN 星の高エネルギーで非対称な爆発によって生じる、Type Ib/c 超新星とガンマ線バーストの間の遷移的イベントと提案されている。初期の高輝度で Type Ic に類似したスペクトルは相対論的極方向ジェットに起因し、後期に遅い動きの成分が現れることで Type Ib に類似したスペクトルが観測される。これにより、二峰性の光曲線とスペクトルの進化が説明できる。

ABSTRACT

We present u'g'r'i'BV photometry and optical spectroscopy of the Type Ib/Ic SN 2005bf covering the first ~100 days following discovery. The u'g'BV light curves displayed a double-peaked morphology, which is among Type Ib/Ic supernovae. The bolometric light curve indicates that SN 2005bf was a remarkably luminous event. Spectroscopically, SN 2005bf underwent a unique transformation from a Type Ic-like event at early times to a typical Type Ib supernova at later phases. The initial maximum in u'g'BV was accompanied by the presence in the spectrum of high velocity absorption lines of Fe II, Ca II, and H I. The photospheric velocity derived from spectra at early epochs was unusually low compared with ordinary Type Ib supernovae. We describe one-dimensional computer simulations which attempt to account for these remarkable properties. The most favored model is that of a very energetic (2 x 10^{51} erg), asymmetric explosion of a massive (8.3 M_sun) Wolf-Rayet WN star that had lost most of its hydrogen envelope. We speculate that an unobserved relativistic jet was launched producing a two-component explosion consisting of 1) a polar explosion containing a small fraction of the total mass and moving at high velocity, and 2) the explosion of the rest of the star. At first, only the polar explosion is observed, producing the initial maximum and the high velocity absorption-line spectrum resembling a Type Ic event. At late times, this fast-moving component becomes optically-thin, revealing the slower-moving explosion of the rest of the star and transforming the observed spectrum to that of a typical Type Ib supernova. If this scenario is correct, then SN 2005bf is the best example to date of a transition object between normal Type Ib/Ic supernovae and gamma ray bursts.

研究の動機と目的

• SN 2005bf の特異な光度的・スペクトル的進化を理解すること。
• 二峰性の光曲線と Type Ic に類似したスペクトルから Type Ib に類似したスペクトルへの変化を説明すること。
• 初期段階における高輝度吸収線と通常の Type Ib 超新星に比べて異常に低い光球面速度の物理的メカニズムを調査すること。
• SN 2005bf が通常の Type Ib/c 超新星とガンマ線バーストの前身星の間の欠けているリンクを表しているかどうかを特定すること。
• 相対論的ジェットを含む二成分爆発モデルが観測された光曲線とスペクトル進化を再現できるかどうかを検証すること。

提案手法

• 発見後約100日間の u'g'r'i'BV 光度測定と光学スペクトロスコピーを実施し、光曲線とスペクトル進化を追跡した。
• 全放射エネルギー出力を定量するためのボロメトリック光曲線を構築し、非常に高い光度を明らかにした。
• 初期スペクトルからの光球面速度を分析したところ、通常の Type Ib 超新星に比べて異常に低く、複雑な爆発幾何学を示唆した。
• 質量の大きな Wolf-Rayet WN 星の爆発力学をモデル化するための一様な一次元流体力学的シミュレーションを実施した。
• 二成分爆発モデルを検討した：高速で極方向のジェットと、遅く質量の大きな赤道方向の爆発。
• 極方向成分の時間経過による光学的厚さの変化が、観測スペクトルに与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2005bf における u'g'BV 光曲線の二峰性は、通常の Type Ib/Ic 超新星と比較して何によって引き起こされるか？
• RQ2 SN 2005bf が初期段階で Fe II、Ca II、H I の高輝度吸収線を示すのはなぜか？これは Type Ic イベントに類似している。
• RQ3 Type Ic に類似したスペクトルから Type Ib に類似したスペクトルへの変化を物理的にどのように説明できるか？
• RQ4 非対称性と潜在的な相対論的ジェットが観測された光曲線とスペクトル進化に果たす役割は何か？
• RQ5 相対論的ジェットを含む二成分爆発モデルが、観測された光度と速度の進化を再現できるか？

主な発見

• SN 2005bf は、全エネルギー放出が約 2 × 10^51 erg に達する非常にエネルギーの高い爆発を示し、ボロメトリック光度がそれを裏付けた。
• u'g'BV 光曲線の初期最大値は、Fe II、Ca II、H I の高輝度吸収線を伴い、Type Ic に類似したスペクトルの特徴的である。
• 初期段階における光球面速度は、通常の Type Ib 超新星に比べて異常に低く、複雑な爆発幾何学を示唆した。
• スペクトルの進化は、初期段階では Type Ic に類似した、後期には Type Ib に類似したスペクトルに明確に変化しており、観測線の視線方向の可視性の変化を示している。
• 一次元のシミュレーションは、8.3 M_sun の Wolf-Rayet WN 星の非対称でエネルギーの高い爆発に相対論的ジェットを含むモデルを支持した。
• 観測された進化は、初期には高速で極方向のジェットが見え、その後ジェットが光学的に薄くなるにつれて遅く質量の大きな赤道方向成分が現れる二成分爆発モデルによって最もよく説明できる。