[論文レビュー] Very Early Photometry of SN 1998S: Physical Parameters and Date of Explosion

H. Poon, J. C. S. Pun+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、発見後4か月間の初期光学的光度測定をSN 1998Sに対して実施し、Nakar & Sari (2010)およびRabinak & Waxman (2011)の2つの解析モデルを用いて、前身星の物理的パラメータと爆発日を制約した。モデルは一貫した爆発日（1998年3月1.84～2.14日）を導出し、前身星の半径はそれぞれ約300 R⊙（NS10）および約2000 R⊙（RW11）であった。これは赤超巨星の前身星と整合的である。

ABSTRACT

Context. We present very early optical lightcurves beginning 10 days before maximum of the Type IIn supernova 1998S, covering the first four months after discovery. Aims. We examine the light evolution and try to compare the lightcurves to two analytical models(Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011)) for a red supergiant star. Methods. The photometry was carried at the 60-cm telescope of the Xinglong Station of China. Broadband filters Johnsons B, V and Cousins R were used. Results. The magnitude rose for the first few days and then dropped slowly afterwards. The two different models we use can fit the early lightcurves very well. The explosion date derived from the models is within the range of 1998 March 1.34 - 2.64(JD 2450873.84 - JD 2450875.14.) The radius of the progenitor is found to be ~ 300 Rsun and ~ 2000 Rsun for the model of Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011) respectively. The constraint on mass and energy is not strong. The ranges of these two parameters are within that of a red supergiant.

研究の動機と目的

• 最大光度の10日前から始まるSN 1998Sの非常に初期の光学的光度測定を取得し、超新星の初期進化をよりよく制約すること。
• タイプIIn超新星の初期光曲線に、Nakar & Sari (2010)およびRabinak & Waxman (2011)の2つの解析モデルの適用可能性を検証すること。
• 初期光曲線データを用いて、SN 1998Sの爆発日をより高精度に導出すること。
• 観測光度測定へのモデルフィットに基づき、SN 1998Sの前身星の半径、質量、運動エネルギーを制約すること。
• 導出されたパラメータが赤超巨星の前身星に期待されるものと整合的かどうかを評価すること。

提案手法

• NAOCの興隆観測所にある60cm望遠鏡を用いて、Johnson B、VおよびCousins Rのブロードバンドフィルターを用いた光度測定を実施した。
• 比較星GSC 3452-1061を用いて微小光度測定を実施し、色項を含むCCD変換式を用いて器具的等級を標準化した。
• 発見日（1998年3月2日）の非フィルター光度を、係数i₃ = -0.039 ± 0.021を用いた色依存補正により標準R光度に変換した。
• 爆発後1日以内のデータポイントを含む初期光曲線を、平面状および球状の段階における初期超新星の明るさの時間的変化を記述するNakar & Sari (2010)およびRabinak & Waxman (2011)の解析モデルにフィットさせた。
• モデルのパラメータ（半径、質量、エネルギー）を変化させ、観測値と予測値の一致度に基づいて最良のフィット光曲線を得た。
• データへの黒体フィットを用いて温度の時間的変化を推定し、モデル予測と比較することで一貫性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に初期の光度測定と解析モデルを用いた場合、SN 1998Sの最も正確な爆発日は何か？
• RQ2 Nakar & Sari (2010)およびRabinak & Waxman (2011)のモデルは、SN 1998Sの初期光学的光曲線をどの程度よく再現できるか？
• RQ3 前身星の物理的パラメータ（半径、質量、エネルギー）はそれぞれどのように導出され、赤超巨星のものと整合的か？
• RQ4 モデル予測の温度が観測温度より低くなる理由は何か？また、この差異は光度測定の補正にどのような影響を及えるか？
• RQ5 前身星半径を制約するために、平面状から球状への遷移を示す光曲線の急上昇（バンプ）を検出できるか、またその有効性は何か？

主な発見

• Nakar & Sari (2010)モデルでは爆発日が1998年3月1.84日（JD 2450874.34）、Rabinak & Waxman (2011)モデルでは1998年3月2.14日（JD 2450874.64）に制約され、差はわずか0.3日であった。
• Nakar & Sari (2010)モデルでは前身星の半径が約300 R⊙、Rabinak & Waxman (2011)モデルでは約2000 R⊙と推定され、両者とも赤超巨星の前身星と整合的であった。
• データに適合する運動エネルギーの範囲は、Nakar & Sari (2010)で3.5 × 10⁵¹～13.5 × 10⁵¹ erg、Rabinak & Waxman (2011)で1.25 × 10⁵¹～4.5 × 10⁵¹ ergであり、典型的な赤超巨星のエネルギー範囲内にあった。
• 両モデルから導かれた質量範囲は赤超巨星と整合的であったが、モデルは異なる質量・エネルギーの組み合わせを一意に特定することはできなかった。
• モデルは観測値より低い温度を予測したが、その差異は光度測定補正にわずかに0.001 magnitudeの影響を及ぼすにとどまり、無視できる程度であり、主な結果に影響を及えない。
• Nakar & Sari (2010)モデルでは平面状から球状への遷移に伴う光曲線のバンプが確認されたが、Rabinak & Waxman (2011)モデルでは単一段階の進化を仮定しているため、そのバンプは検出されなかった。これはモデルの物理的性質における重要な差異を示している。