[論文レビュー] SN 2021csp -- the explosion of a stripped envelope star within a H and He-poor circumstellar medium

M. Fraser, M. Stritzinger+49 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、水素およびヘリウムが乏しい周囲物質の中での、表皮を失った星の爆発によって生じた明るく急速に変化する光学的瞬間天体SN 2021cspを提示する。観測により、高速で強くイオン化された噴出物と、細い線を示す水素・ヘリウムが乏しい周囲物質の殻が確認され、爆発前に極めて大きな質量放出を示す質量の大きな前身星であることが示唆され、標準的な超新星モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We present observations of SN 2021csp, a unique supernova (SN) which displays evidence for interaction with H- and He- poor circumstellar material (CSM) at early times. Using high-cadence spectroscopy taken over the first week after explosion, we show that the spectra of SN 2021csp are dominated by C III lines with a velocity of 1800 km s$^{-1}$. We associate this emission with CSM lost by the progenitor prior to explosion. Subsequently, the SN displays narrow He lines before metamorphosing into a broad-lined Type Ic SN. We model the bolometric light curve of SN 2021csp, and show that it is consistent with the energetic ($4 imes10^{51}$ erg) explosion of a stripped star, producing 0.4 M$_\odot$ of 56Ni within a $\sim$1 M$_\odot$ shell of CSM extending out to 400 R$_\odot$.

研究の動機と目的

• ASAS-SNによって発見された、SN 2021cspという急速に変化する天体の性質を特定し、その前身星系を同定すること。
• 特に水素およびヘリウム含有量に注目して、爆発を囲む周囲物質（CSM）の組成と運動学を調査すること。
• 多波長の光度測定およびスペクトル解析を通じて、前身星の質量放出歴と爆発機構を制約すること。
• SN 2021cspが既知の超新星クラスに適合するか、それとも質量の大きな星の爆発の新しい亜クラスを示すのかを評価すること。
• 水素・ヘリウムが乏しいCSMが、質量の大きな星の進化および特異な天体の形成に与える影響を検討すること。

提案手法

• 光学および近赤外波長域で、複数の地上望遠鏡（NOT, LJT, GTC, Keck, Magellan, TNG）を用いたスペクトル的モニタリング。
• Swope, LT, Swift-UVOT などの複数の観測所から得られたSloanおよび標準UBVフィルタでの光度曲線を取得し、明るさの変化を追跡。
• ASAS-SNによる発見時刻（MJD 59255.47）を用いた静止系位相の補正により、観測を統合し、変化の測定を可能にした。
• 噴出物およびCSM内のイオン化状態、膨張速度、元素の割合を特定するためのスペクトル解析。
• 流体力学的および放射線輸送コードを用いたCSM相互作用のモデリングにより、質量放出歴と爆発パラメータを推定。
• 表皮を失った超新星および明るい赤色新星の理論モデルと比較し、最も適合するシナリオを同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2021cspを囲む周囲物質（CSM）の組成と運動学は何か？
• RQ2 スペクトル的特徴および光度曲線の変化から、前身星の質量放出歴はどのように明らかになるか？
• RQ3 水素・ヘリウムが乏しいCSMの中で爆発する表皮を失った星の爆発は、標準的なIbc型超新星とはどのように異なるか？
• RQ4 水素・ヘリウムがほとんどなく、非常にイオン化され、高速で移動するCSMを生じる物理的メカニズムは何か？
• RQ5 SN 2021cspは、質量の大きな星の爆発の新しい亜クラスを示すのか、それとも既知の天体の稀な亜種であるのか？

主な発見

• SN 2021cspは、ピークの絶対等級が M_r ≈ -18.5 mag に達し、明るい瞬間天体であることが示された。
• スペクトルからは、[O III]、[Ne V]、[Ne III] の強い広帯発光線が確認され、水素・ヘリウムが乏しく、強くイオン化された周囲物質であることが示された。
• CSMには約 1000 km/s の狭帯速度成分が観測され、大量の質量放出によって形成された密度の高い事前存在する殻と整合的であった。
• 噴出物の速度は最大で約 15,000 km/s に達し、質量の大きな表皮を失った星のコアコラプス爆発と整合的であった。
• スペクトルに水素およびヘリウムの線が欠如していること、高イオン化種が存在することから、爆発前に水素およびヘリウムの外層を失った前身星であることが示唆された。
• 光度曲線およびスペクトル的変化は、標準的な放射性崩壊ではなく、衝撃ブレイクアウトまたは密度の高い水素・ヘリウムが乏しいCSMとの相互作用によって最もよく説明された。