[論文レビュー] The Carnegie Supernova Project II

M. Stritzinger, F. Taddia+20 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 103被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、爆発後2日以内に発見されたType Ib超新星LSQ13abfの初期の光学的・近赤外線観測を報告し、明確な初期の青色ピークと衝撃波ブレイクアウト冷却段階を明らかにした。ブラックボディフィッティング、アーネットモデルフィッティング、および衝撃波ブレイクアウト冷却モデリングを組み合わせることで、著者らは原始星の半径を28.0 ± 7.5 R⊙、高エネルギーの噴出物質量を5.94 ± 1.10 M⊙、爆発エネルギーを1.27 ± 0.23 × 10⁵¹ ergsと推定した。これは、質量が25 M⊙を超えるゼロ・エイジ主系列星から生まれた、拡張したエンvelopeを有する巨大な原始星を示唆している。

ABSTRACT

Supernova LSQ13abf was discovered soon after explosion by the La Silla-QUEST Survey and followed by the CSP II at optical and near-IR wavelengths. Our analysis indicates LSQ13abf was discovered within two days of explosion and its first 10 days of evolution reveal a B-band light curve with an abrupt drop in luminosity. Contemporaneously, the V-band light curve exhibits a rise towards a first peak and the r- and i-band light curves show no early peak. The early light-curve evolution of LSQ13abf is reminiscent of the post explosion cooling phase observed in the Type Ib SN 2008D, and the similarity between the two objects extends over weeks. Spectroscopically, LSQ13abf resembles SN 2008D with P Cygni He I features that strengthen over time. Spectral energy distributions are constructed from broad-band photometry, and by fitting black-body (BB) functions a UVOIR light curve is constructed, and the underlying BB-temperature and BB-radius profiles are estimated. Explosion parameters are estimated by simultaneously fitting an Arnett model to the UVOIR light curve and the velocity evolution derived from spectral features, and a post-shock breakout cooling model to the first two epochs of the bolometric evolution. This combined model suggests an explosion energy of 1.3x10$^{51}$ ergs, a relatively high ejecta mass of 5.94 M$_{\odot}$, a Ni mass of 0.16 M$_{\odot}$, and a progenitor-star radius of 28.0 R$_{\odot}$. The ejecta mass suggests the origins of LSQ13abf lie with a >25 M$_{\odot}$ ZAMS progenitor and its radius is three and nine times larger than values estimated from the same analysis applied to observations of SNe 2008D and 1999ex, respectively. Alternatively, comparison of hydrodynamical simulations of >20-25 M$_{\odot}$ ZAMS progenitors that evolve to pre-SN envelope masses around 10 M$_{\odot}$ and extended (~100 R$_{\odot}$) envelopes also match the observations of LSQ13abf.

研究の動機と目的

• 初期時系列の光度測定およびスペクトルデータを用いて、Type Ib超新星LSQ13abfの原始星特性を制約すること。
• 初期光曲線およびスペクトル進化をモデリングすることで、噴出物質量、爆発エネルギー、⁵⁶Ni質量といった爆発パラメータを特定すること。
• 衝撃波ブレイクアウト冷却モデルを用いて、原始星の半径および構造の性質を特に検討すること。
• LSQ13abfの観測された初期進化を、二重星系における質量の大きなヘリウム星の流体力学的モデルと比較すること。
• 推定された原始星半径および噴出物質量が、現在の巨大星の進化モデルに与える意味を検討すること。

提案手法

• U、B、V、r、iおよび近赤外バンドにおける全バンド光度測定を用いて、スペクトルエネルギー分布を構築し、全放射光度曲線を導出した。
• スペクトルエネルギー分布にブラックボディ（BB）関数をフィットさせ、噴出物の有効温度および半径の時間的変化を推定した。
• アーネットモデルを用いてUVOIR光度曲線およびスペクトル特徴からの速度進化をフィットする、統合的モデリング手法を適用した。
• 全放射光度曲線の最初の2エポックに衝撃波ブレイクアウト冷却モデルをフィットさせ、爆発時の原始星半径を推定した。
• 拡張したエンvelopeを有する20–25 M⊙のゼロ・エイジ主系列原始星の流体力学的シミュレーションを、観測された光度曲線と比較した。
• 多波長データに同時にアーネットモデルと衝撃波冷却モデルをフィットさせることで、爆発パラメータを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSQ13abfの原始星半径は何か？ また、初期冷却観測が可能な他のType Ib SNeと比較してどう異なるか？
• RQ2 LSQ13abfの爆発エネルギー、噴出物質量、⁵⁶Ni質量は何か？ それらは原始星の初期質量に何を示唆しているか？
• RQ3 LSQ13abfの初期光度曲線、特に初期の青色ピークは、衝撃波ブレイクアウトおよび後方冷却理論モデルとどのように比較できるか？
• RQ4 質量の大きなヘリウム星の二重星系における流体力学的モデルは、LSQ13abfの観測された初期進化を再現できるか？
• RQ5 なぜLSQ13abfは、SN 2008D や SN 1999ex といったよく研究されたType Ib SNeと比較して、より大きな原始星半径を示すのか？

主な発見

• LSQ13abfは爆発後2日以内に発見され、初期の衝撃波ブレイクアウト冷却段階を捉えた。
• Bバンド光度曲線は、最初の約10日間で明るさが急激に低下しているが、Vバンドは最初のピークに達する上昇を示しており、複雑な初期進化を示している。
• 爆発時の原始星半径は28.0 ± 7.5 R⊙であり、同じモデル下で推定されたSN 2008Dの値の3倍にのぼる。
• 噴出物質量は5.94 ± 1.10 M⊙と決定され、これはゼロ・エイジ主系列質量が25 M⊙を超える原始星を示している。
• 爆発エネルギーは1.27 ± 0.23 × 10⁵¹ ergsと推定され、⁵⁶Ni質量は0.16 ± 0.02 M⊙であった。
• 拡張したエンvelope（最大約100 R⊙）を有する二重星系における質量の大きなヘリウム星の流体力学的モデルは、観測された初期光度曲線および原始星半径を説明する可能性がある。