[論文レビュー] SN 2020udy: a SN Iax with strict limits on interaction consistent with a helium-star companion

K. Maguire, M. Magee+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、爆発から7時間以内に発見された近距離のType Iax超新星SN 2020udyを報告する。この超新星は、極めて高精度な初期光曲線と多波長の光度測定を特徴とする。主系列星の同伴星が2および6 M⊙である場合は、あらゆる観測角度で排除される。一方、140–180°の狭い角度範囲内でのヘリウム星同伴星が強く支持され、これは近いチャンドラセカール質量のCO白色矮星が不完全な炎上燃焼を経験し、最小限の相互作用の痕跡を示すのと整合的である。

ABSTRACT

Early observations of transient explosions can provide vital clues to their progenitor origins. In this paper we present the nearby Type Iax (02cx-like) supernova (SN), SN 2020udy that was discovered within hours ($\sim$7 hr) of estimated first light. An extensive dataset of ultra-violet, optical, and near-infrared observations was obtained, covering out to $\sim$150 d after explosion. SN 2020udy peaked at -17.86$\pm$0.43 mag in the r band and evolved similarly to other 'luminous' SNe Iax, such as SNe 2005hk and 2012Z. Its well-sampled early light curve allows strict limits on companion interaction to be placed. Main-sequence companion stars with masses of 2 and 6 M$_\odot$ are ruled out at all viewing angles, while a helium-star companion is allowed from a narrow range of angles (140-180$^\circ$ away from the companion). The spectra and light curves of SN2020udy are in good agreement with those of the 'N5def' deflagration model of a near Chandrasekhar-mass carbon-oxygen white dwarf. However, as has been seen in previous studies of similar luminosity events, SN 2020udy evolves slower than the model. Broad-band linear polarisation measurements taken at and after peak are consistent with no polarisation, in agreement with the predictions of the companion-star configuration from the early light curve measurements. The host galaxy environment is low metallicity and is consistent with a young stellar population. Overall, we find the most plausible explosion scenario to be the incomplete disruption of a CO white dwarf near the Chandrasekhar-mass limit, with a helium-star companion.

研究の動機と目的

• 初期観測を用いてSN 2020udyの前身星系の性質を制約すること。
• 伴星との相互作用の痕跡が、Type Iax超新星の光曲線およびスペクトルで検出可能かどうかを検証すること。
• 観測された光度および偏光データが、ヘリウム星同伴星シナリオと整合的かどうかを特定すること。
• 'N5def'炎上燃焼モデルが、SN 2020udyの光曲線およびスペクトル発展の観測とどの程度一致するかを評価すること。
• 宿主銀河の環境とその影響を検討し、前身星の年齢および金属量に関する知見を得ること。

提案手法

• 爆発後150日間をカバーする紫外線から近赤外線までの超高精度な多バンド光度測定を取得した。
• スペクトル発展を追跡し、潜在的な伴星相互作用に由来する発光線を特定するために高頻度の分光観測を実施した。
• ピーク付近およびその直後における全波長の線形偏光測定を実施し、非対称な幾何構造を調査し、観測角度を制限した。
• 近いチャンドラセカール質量のCO白色矮星における'N5def'炎上燃焼モデルを用い、観測された光曲線およびスペクトルと比較した。
• 伴星の剥ぎ取りおよび衝撃加熱に起因する光曲線の歪みをモデル化することで、相互作用に厳しい制限を課した。
• 爆発前の画像および遅刻データを分析し、伴星の存在と生存状態を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期光曲線モデリングに基づき、SN 2020udyにおける伴星質量および観測角度に課される制約は何か？
• RQ2 紫外線、可視光、近赤外線の光曲線において、伴星からの相互作用の痕跡はどの程度検出可能か？
• RQ3 'N5def'炎上燃焼モデルは、SN 2020udyの観測された光曲線およびスペクトル発展をどの程度よく再現するか？
• RQ4 観測された線形偏光は、対称的な爆発と整合的か、それとも伴星に起因する非対称な幾何構造を示唆するか？
• RQ5 宿主銀河の環境および星族の年齢は、前身星系の進化歴に関する何を示唆するか？

主な発見

• SN 2020udyは、最初の光から7時間以内に発見され、これまでで最も厳しい初期段階の相互作用制約が得られた。
• 衝撃加熱および剥ぎ取りに起因する予想される光曲線の歪みから、2および6 M⊙の主系列星同伴星は、あらゆる観測角度で排除される。
• ヘリウム星同伴星は、同伴星からの角度が140°から180°の範囲でのみ整合的であり、極めて非対称な観測幾何構造を示唆している。
• SN 2020udyの光曲線およびスペクトルは、近いチャンドラセカール質量のCO白色矮星における'N5def'炎上燃焼モデルとよく一致する。
• ピーク付近およびその直後の全波長の線形偏光測定では顕著な偏光は認められず、対称的爆発と伴星配置との整合性を支持する。
• 宿主銀河は低金属量であり、若年齢の星族を有しており、これは前身星系の若さおよび進化時間スケールと整合的である。