[論文レビュー] The stellar-wind envelope around the supernova XRF/GRB060218/SN2006aj massive progenitor star

Э. Сонбас, А. С. Москвитин+9 more|ArXiv.org|May 17, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、XRF/GRB 060218に関連するType Ic超新星SN 2006ajの初期光学スペクトルにおいて、最初に水素発光特徴——特にHα P Cygniプロファイル——が検出された。BTA望遠鏡を用い、Sobolev近似におけるSYNOWコードを用いたモデリングにより、質量の大きな前身星の周囲に星風エンベロープが存在することが特定され、密な風との衝撃波ブレイクスルー相互作用の直接的証拠が得られ、33,000 km/sおよび24,000 km/sのドップラー・ブルーシフト速度に位置するスペクトル特徴を通じて、前身星の外層に水素が存在することが確認された。

ABSTRACT

In BTA spectra of the supernova SN2006aj, identified with the X-ray flash (XRF) and gamma-ray burst XRF/GRB060218/SN2006aj, we detected details interpreted as hydrogen lines, which is a sign of stellar-wind envelope around a massive progenitor star of the gamma-ray burst. Results of modeling two early spectra obtained with the BTA in 2.55 and 3.55 days after the explosion of Type Ic supernova SN2006aj (z=0.0331) are presented. The spectra were modeled in the Sobolev approximation with the SYNOW code (Branch et al. 2001; Elmhamdi et al. 2006). In the spectra of the optical afterglow of the X-ray flash XRF/GRB060218 we detected spectral features interpreted as (1) the H_alpha PCyg profile for the velocity 33000 km s$^{-1}$ -- a wide and almost unnoticeable deformation of continuum in the range of $\simeq5600 - 6600Å$ for the first epoch (2.55 days) and (2) a part (``remnant'') of the H_alpha PCyg profile in absorption blueshifted by 24000 km s$^{-1}$ -- a wide spectral feature with a minimum at $\simeq6100Å$ (the rest wavelength) for the second epoch (3.55 days). Taking into consideration early BTA observations and spectra obtained with other telescopes (ESO Lick, ESO VLT, NOT) before 2006 Feb. 23 UT, it can be said that we observe evolution of optical spectra of Type Ic core-collapse supernova SN 2006aj during {\it transition} from the short phase related to the shock breakout to outer layers of the stellar-wind envelope to spectra of the phase of increasing brightness corresponding to radioactive heating. Signs of hydrogen in spectra of the gamma-ray burst afterglow were detected for the first time.

研究の動機と目的

• XRF/GRB 060218/SN 2006ajの初期光学的後光の性質を調査し、質量の大きな前身星の周囲に星風エンベロープが存在する兆候があるかどうかを特定すること。
• 爆発後の数日以内のスペクトル特徴の進化を分析し、衝撃波ブレイクスルーから放射性加熱段階への移行を理解すること。
• XRF 060218で観測された熱的X線およびUV放射が、密な星風エンベロープとの衝撃波相互作用によって生じるという仮説を検証すること。
• スペクトルモデリングを通じて、Type Ic超新星の前身星の外層に水素が存在することを確認し、通常は水素が欠乏しているとされるType Ic超新星の分類に疑問を呈すること。

提案手法

• 爆発後2.55日目および3.55日目に、6メートルのBTA望遠鏡を用いてSN 2006ajの初期光学スペクトルを取得した。
• 球対称で拡張する、光学的に厚い星風を仮定し、Sobolev近似におけるSYNOWコードを用いて観測スペクトルをモデリングした。
• スペクトル特徴を、発光成分と吸収谷を持つP Cygniプロファイルを示す水素Hα線として特定した。
• 吸収特徴のドップラー・シフトおよび深さを用いて、星風エンベロープの存在と運動学的特性を推定した。
• ESO、Lick、VLT、NOT望遠鏡の以前の観測結果と比較し、スペクトルの進化を確立した。
• 同様のSYNOWフレームワークを用いて、水素が検出された他のType Ic超新星のスペクトルモデリングと照合することで、研究結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2006ajの初期光学スペクトルに、質量の大きな前身星の周囲に星風エンベロープが存在することを示唆する水素の痕跡が見られるか？
• RQ2 爆発後の数日以内に、Hα P Cygniプロファイルの運動学的および形態的進化はどのように進行するか？
• RQ3 XRF 060218で観測された熱的X線およびUV放射は、密な星風との衝撃波ブレイクスルーによって説明可能か？
• RQ4 Type Ic超新星に水素が存在することは、核崩壊超新星およびGRB前身星の現在のモデルにどのような影響を及えるか？
• RQ5 SN 2006ajの初期スペクトル特徴は、星風に埋め込まれた質量の大きな星における衝撃波ブレイクスルーモデルをどの程度支持するか？

主な発見

• GRB/XRFに関連するType Ic超新星の初期光学スペクトルにおいて、水素線——特にHα P Cygniプロファイル——が最初に検出された。
• 爆発後2.55日目には、約33,000 km/sの高速で拡張する密度の高い星風からの発光特徴として、広いHα発光成分を示すP Cygniプロファイルが観測された。
• 3.55日目には、約24,000 km/sのブルーシフト吸収成分が残存しており、これはP Cygniプロファイルの「残渣」として解釈され、星風との継続的相互作用を示唆している。
• スペクトル特徴はSobolev近似におけるSYNOWコードを用いてモデリングされ、前身星の周囲に密度が高く拡張する星風エンベロープが存在することを確認した。
• 研究結果は、SNの衝撃波が事前に存在する星風と相互作用する衝撃波ブレイクスルーモデルを支持しており、観測されたX線フラッシュおよびその後のUVバーストを説明できる。
• 本研究は、GRB関連Type Ic超新星の外層に水素が存在することを示す最初の直接的分光的証拠を提供し、このような前身星における水素の完全な枯渇という仮定に疑問を呈する。