[論文レビュー] SN 2022oqm: A Bright and Multi-peaked Calcium-rich Transient

S. K. Yadavalli, V. Ashley Villar+61 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2023

Gamma-ray bursts and supernovaePhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、光学的から近赤外線にわたる波長域で観測された、明るく、複数のピークを持つカルシウム豊富な瞬発的天体SN 2022oqmを提示する。複数回のスロットリングスペクトロスコピーと光度曲線測定を用いて、著者らは白色矮星連星系が前身星系であると特定し、衝撃相互作用と56Ni崩壊による放射能崩壊が複雑な光度曲線を駆動すると提案する。これは、カルシウム豊富な瞬発的天体の標準的モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We present the photometric and spectroscopic evolution of SN 2022oqm, a nearby multi-peaked hydrogen- and helium-weak calcium-rich transient (CaRT). SN 2022oqm was detected 13.1 kpc from its host galaxy, the face-on spiral galaxy NGC 5875. Extensive spectroscopic coverage reveals an early hot (T >= 40,000 K) continuum and carbon features observed $\sim$1~day after discovery, SN Ic-like photospheric-phase spectra, and strong forbidden calcium emission starting 38 days after discovery. SN 2022oqm has a relatively high peak luminosity (MB = -17 mag) for (CaRTs), making it an outlier in the population. We determine that three power sources are necessary to explain the light curve (LC), with each corresponding to a distinct peak. The first peak is powered by an expanding blackbody with a power law luminosity, suggesting shock cooling by circumstellar material (CSM). Subsequent LC evolution is powered by a double radioactive decay model, consistent with two sources of photons diffusing through optically thick ejecta. From the LC, we derive an ejecta mass and 56Ni mass of ~0.6 solar masses and ~0.09 solar masses. Spectroscopic modeling suggests 0.6 solar masses of ejecta, and with well-mixed Fe-peak elements throughout. We discuss several physical origins for SN 2022oqm and find either a surprisingly massive white dwarf progenitor or a peculiar stripped envelope model could explain SN 2022oqm. A stripped envelope explosion inside a dense, hydrogen- and helium-poor CSM, akin to SNe Icn, but with a large 56Ni mass and small CSM mass could explain SN 2022oqm. Alternatively, helium detonation on an unexpectedly massive white dwarf could also explain SN 2022oqm.

研究の動機と目的

• SN 2022oqm、すなわち珍しい複数ピークを持つカルシウム豊富な瞬発的天体の光学的から近赤外線にわたる光度曲線とスペクトル的進化を特徴づけること。
• 光度曲線およびスペクトルデータのモデリングを通じて、SN 2022oqmの前身星系を特定すること。
• 衝撃相互作用と放射能崩壊が、光度曲線で観測された3つの明るさのピークを説明できるかどうかを検証すること。
• 初期ピークのフィットに標準的パワー則モデルと比較して光子拡散を含む衝撃冷却モデルが改善するかどうかを評価すること。
• SN 2022oqmをカルシウム豊富な瞬発的天体の広いクラスの文脈に位置づけ、その形成メカニズムを制約すること。

提案手法

• 光学的から近赤外線にわたる波長域で、Hobby-Eberly望遠鏡、Nordic Optical Telescope、Keck II、およびその他の施設を用いて複数回のスロットリングスペクトロスコピーを取得した。
• ZTF、ATLAS、Swift、P48、および地上望遠鏡が取得したデータから、g、r、B、U、UVW1、UVW2、オレンジ帯の光度曲線を構築した。
• 光子拡散を含む衝撃冷却をシミュレートするためのカスタムMOSFiTモデルを開発し、標準的パワー則モデルの衝撃相互作用と比較した。
• ピーク1にはPiroの光子拡散を含む衝撃冷却モデルを適用した。一方、ピーク2およびピーク3には56Niの放射能崩壊モデル（Arnett, 1982；Chatzopoulos et al., 2012）を用いた。
• スペクトル特徴を分析して、高速度のCa II H&KおよびCa II赤外線三重項線を特定し、カルシウム豊富な組成を示した。
• 光度曲線は、衝撃相互作用と56Ni崩壊モデルの組み合わせを用いてフィッティングし、赤色カイ二乗を用いてモデルの適合度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 白色矮星連星合体がSN 2022oqmの複数ピーク光度曲線を説明できるか？
• RQ2 SN 2022oqmで観測された3つの明るさのピークを駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 光子拡散を含む衝撃冷却モデルは、標準的パワー則モデルと比較して初期ピークのフィットを改善するか？
• RQ4 SN 2022oqmのスペクトル的進化は、他のカルシウム豊富な瞬発的天体とどのように比較できるか？
• RQ5 光度曲線モデリングから推定される56Ni質量と衝撃エネルギーは何か？

主な発見

• SN 2022oqmは絶対等級M_r = -17.37に達し、観測された中で最も明るいカルシウム豊富な瞬発的天体の一つである。
• この瞬発的天体は3つの明確な明るさのピークを示し、最初のピークはrバンド最大光度より12.86日前に発生し、2番目と3番目のピークはそれぞれ+4.08日および+14.11日目の位相に発生した。
• スペクトル解析により、高速度のCa II H&KおよびCa II赤外線三重項線が特定され、カルシウム豊富な瞬発的天体としての分類が確認された。
• 光子拡散を含むPiroの衝撃冷却モデルを用いたフィッティングでは、ピーク1に対して適合が悪く、赤色カイ二乗が29.1に達した。これは、初期段階で光子拡散が主要なメカニズムではないことを示唆する。
• 光度曲線の最良適合モデルは、衝撃相互作用と56Niの放射能崩壊の組み合わせであり、2番目と3番目のピークは56Ni崩壊によってよく説明された。
• 前身星系は白色矮星連星系と整合的であり、本瞬発的天体の起源として二重白色矮星合体のシナリオが支持された。