[論文レビュー] Spectroscopic Discovery of the Broad-Lined Type Ic Supernova 2010bh Associated with the Low-Redshift GRB 100316D

R. Chornock, E. Berger+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 39

ひとこと要約

本論文では、マゼラン望遠鏡を用いた夜間の可視光および近赤外線スペクトル観測により、z = 0.0593 の低赤方偏移ガンマ線バースト GRB 100316D に関連する広線幅タイプIc超新星 SN 2010bh の分光的発見を報告する。主な発見は、爆発後21日における SN 2010bh の光球層速度が約26,000 km s⁻¹ に達したことである。これは SN 1998bw の2倍に相当し、よりエネルギーの高い爆発または特異な噴出物質構造を示唆する。ヘリウムの痕跡は確認されず、低金属量の宿主環境であることも判明した。

ABSTRACT

We present the spectroscopic discovery of a broad-lined Type Ic supernova (SN 2010bh) associated with the nearby long-duration gamma-ray burst (GRB) 100316D. At z = 0.0593, this is the third-nearest GRB-SN. Nightly optical spectra obtained with the Magellan telescopes during the first week after explosion reveal the gradual emergence of very broad spectral features superposed on a blue continuum. The supernova features are typical of broad-lined SNe Ic and are generally consistent with previous supernovae associated with low-redshift GRBs. However, the inferred velocities of SN 2010bh at 21 days after explosion are a factor of ~2 times larger than those of the prototypical SN 1998bw at similar epochs, with v ~ 26,000 km/s, indicating a larger explosion energy or a different ejecta structure. A near-infrared spectrum taken 13.8 days after explosion shows no strong evidence for He I at 1.083 microns, implying that the progenitor was largely stripped of its helium envelope. The host galaxy is of low luminosity (M_R ~ -18.5 mag) and low metallicity (Z < 0.4 Z_solar), similar to the hosts of other low-redshift GRB-SNe.

研究の動機と目的

• GRB 100316D と超新星の関連を分光観測によって確認すること。
• 噴出物質の速度、組成、爆発エネルギーを含む超新星の物理的性質を特徴づけること。
• ヘリウム線の探索により、前身星のスクリーニング歴史を調査すること。
• GRB-超新星環境の金属量および宿主銀河の性質を特定すること。
• SN 2010bh を他の GRB-超新星と比較し、爆発エネルギーおよび噴出物質構造における多様性を評価すること。

提案手法

• GRB トリガー後22日間、マゼラン望遠鏡（Baade および Clay）を用いて毎晩可視光分光観測を実施した。
• 爆発後13.8日目に、Baade 望遠鏡に搭載された FIRE 計器を用いて近赤外分光観測を実施し、1.083 µm における He I の検出を試みた。
• 可視光スペクトルにおける Si II λ6355 吸収ラインのブルー側端の位置から、光球層速度を測定した。
• 電子温度法を用い、LDSS3 スペクトルの [O III] λ4363 線から金属量を導出し、強線診断式（R₂₃ および O3N2）を併用した。
• IMACS 画像観測から宿主銀河の等級を推定し、超新星の寄与分を補正した。
• 初期スペクトルの青い連続スペクトル形状と Hα/Hβ フラックス比を用いて、消光を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRB 100316D に関連する超新星の分光的性質は何か？
• RQ2 SN 2010bh の噴出物質速度は、他の GRB-超新星、特に SN 1998bw と比べてどう異なるか？
• RQ3 ヘリウムが噴出物質に存在する証拠はあるか？ これは、よりスクリーニングが不十分な前身星を示唆する。
• RQ4 宿主銀河の金属量および超新星の局所環境の金属量は何か？
• RQ5 宿主銀河の等級および星形成歴は、GRB-超新星現象とどのように関係しているか？

主な発見

• SN 2010bh は GRB トリガー後 2.33 日目に分光的に検出され、GRB-超新星のうち最も早期の検出の一つであった。
• 爆発後21日における SN 2010bh の光球層速度は約26,000 km s⁻¹ に達し、SN 1998bw と同程度の時期の速度と比較して約2倍に相当した。
• 1.083 µm 付近に顕著な吸収ラインは検出されず、ヘリウムの欠如が示され、非常にスクリーニングされた前身星と整合的であった。
• 宿主銀河は低等級（M_R ≈ -18.5 mag）かつ低金属量であり、log(O/H)+12 ≈ 7.8–8.3（Z ≲ 0.4 Z⊙ に相当）であった。
• SN 2010bh の速度時間変化は、他の GRB-超新星よりも遅く、噴出物質構造や爆発ダイナミクスの多様性を示唆する可能性がある。
• 超新星環境にはほとんど消光がなく、Hα/Hβ フラックス比はケースB再結合と整合的であり、星形成年齢は約6 Myrの若年性を示した。