[論文レビュー] The carbon-rich type Ic supernova 2016adj in the iconic dust lane of Centaurus A: signatures of interaction with circumstellar hydrogen?

M. Stritzinger, E. Baron+25 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、地上および宇宙望遠鏡を用いた光学および近赤外分光計測に基づき、セプテンタウラス座の銀河アンドロメダで発生したSN 2016adjを、タイプIb/IIbではなく炭素豊富なタイプIc超新星に再分類した。+97日におけるHパッショーンおよびブラケット線の発見は、爆発物質と衝撃波の相互作用を示す circumstellar interaction（CSI）を示唆している。質量推定では ⁵⁶Ni が 0.5 M☉、噴出物質量が 4.2 M☉ と算出されたが、赤化および光エコー効果の影響により不確実性が大きい。

ABSTRACT

We present a comprehensive data set of supernova (SN) 2016adj located within the central dust lane of Centaurus A. SN 2016adj is significantly reddened and after correcting the peak apparent $B$-band magnitude ($m_B = 17.48\pm0.05$) for Milky Way reddening and our inferred host-galaxy reddening parameters (i.e., $R_{V}^{host} = 5.7\pm0.7$ and $A_{V}^{host} = 6.3\pm0.2$), we estimate it reached a peak absolute magnitude of $M_B \sim -18$. Detailed inspection of the optical/NIR spectroscopic time-series reveals a carbon-rich SN Ic and not a SN Ib/IIb as previously suggested in the literature. The NIR spectra shows prevalent carbon-monoxide formation occurring already by +41 days past $B$-band maximum, which is $\approx 11$ days earlier than previously reported in the literature for this object. Interestingly around two months past maximum, the NIR spectrum of SN~2016adj begins to exhibit H features, with a +97~d medium resolution spectrum revealing both Paschen and Bracket lines with absorption minima of $\sim 2000$ km/s, full-width-half-maximum emission velocities of $\sim 1000$ km/s, and emission line ratios consistent with a dense emission region. We speculate these attributes are due to circumstellar interaction (CSI) between the rapidly expanding SN ejecta and a H-rich shell of material formed during the pre-SN phase. A bolometric light curve is constructed and a semi-analytical model fit suggests the supernova synthesized 0.5 solar masses of $^{56}$Ni and ejected 4.2 solar masses of material, though these values should be approached with caution given the large uncertainties associated with the adopted reddening parameters, possible CSI contamination, and known light echo emission. Finally, inspection of Hubble Space Telescope archival data yielded no progenitor detection.

研究の動機と目的

• 地上および宇宙望遠鏡を用いた多エポックの光学および近赤外分光計測を用いて、SN 2016adjをタイプIb/IIbから炭素豊富なタイプIcに再分類する。
• 近赤外分光計測における遅発期の水素線発光を用いて、水素を含む周囲物質との相互作用（CSI）の兆候を調査する。
• 全波長光度曲線を構築し、半アナリティカルモデルを適合させて ⁵⁶Ni 質量および噴出物質量を推定するが、ほこりによる赤化および光エコーの影響を考慮する。
• 差分画像法と人工星テストを用いて、事前爆発期のハッブル宇宙望遠鏡およびVLT+NACO画像から前身星を探索する。
• ホスト銀河の赤化（RV_host = 5.7 ± 0.7、AV_host = 6.3 ± 0.2）とその光度計測および分光計測への影響を評価する。

提案手法

• 地上および宇宙望遠鏡を用いて、SN 2016adjの包括的な光学および近赤外分光計測時系列データを取得した。
• MCMCベースのモデリングを用いて、近赤外分光計測におけるCO発光特徴を適合させ、形成時系列および励起状態を決定した。
• 多バンド光度計測から全波長光度曲線を構築し、半アナリティカルモデルを適用して ⁵⁶Ni 質量および噴出物質量を推定した。
• 事前爆発期のHST WFPC2/F555Wと遅発期のWFC3/F555W画像間の差分画像処理を実施し、前身星の消失を探索した。
• NACO AO画像に対して人工星テストを実施し、限界等級を決定し、前身星の検出可能性を評価した。
• 標準星を用いた光度校正およびNACO視野内でのPSF変動のモデル化により、信頼性のあるゼロポイントおよび深さ限界を導出した。

Figure 1: Colored image of Centaurus A (NGC 5128) constructed from RGB images obtained with the Swope telescope located at the Las Campanas Observatory. SN 2016adj occurred within the central dust lane, just South-East of a very bright, and typically saturated foreground star.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2016adjは炭素豊富なタイプIc超新星であり、水素を含む周囲物質と相互作用を示すか？
• RQ2 +97日における近赤外分光計測で観測されたHパッショーンおよびブラケット線の性質と起源は何か？
• RQ3 SN 2016adjの ⁵⁶Ni 質量および噴出物質量は何か？赤化および光エコー効果はこれらの推定値にどのように影響するか？
• RQ4 SN 2016adjの前身星は、事前爆発期のハッブル宇宙望遠鏡およびVLT+NACO画像で検出可能か？その光度に関する制約は何か？
• RQ5 ホスト銀河の赤化パラメータ（RV_host = 5.7 ± 0.7、AV_host = 6.3 ± 0.2）は、光度計測および分光計測データの解釈にどのように影響するか？

主な発見

• 光学および近赤外分光計測に基づき、SN 2016adjは炭素豊富なタイプIc超新星に再分類された。CO生成は最大光から+41日目までに検出された。
• Hパッショーンおよびブラケット線発光は+97日目に観測され、吸収深さの最小値が約2000 km s⁻¹、FWHM発光速度が約1000 km s⁻¹であり、高密度の周囲物質との相互作用を示唆している。
• 発光線の強度比は、高密度で光電離された領域を支持しており、前爆発期に形成された水素を含む周囲物質シェルの存在を裏付けている。
• 全波長光度曲線の適合から ⁵⁶Ni 質量は 0.5 M☉、噴出物質量は 4.2 M☉ と推定されたが、赤化および光エコーの影響により大きな不確実性を伴う。
• 事前爆発期のHSTおよびVLT+NACO画像では前身星は検出されず、絶対等級限界はF814W > -5.7 mag、Ks > -7.5 mag であり、一般的なWR星の検出は極めて困難である。
• ホスト銀河の赤化は非常に高く（AV_host = 6.3 ± 0.2 mag、RV_host = 5.7 ± 0.7）、光度補正および分光計測の解釈に顕著な影響を与えている。

Figure 2: Optical spectra of SN 2016adj from $-$ 7 d to $+$ 156 d. Phase and telescope facility are indicated on the right of each spectrum. Prevalent spectral features are marked with vertical dashed lines and labeled. Telluric absorption features are labeled with Earth symbols, while for the +43 d