[논문 리뷰] A Bright Ultraviolet Excess in the Transitional 02es-like Type Ia Supernova 2019yvq

J. Burke, D. A. Howell외 15명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 15.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 171인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 근거리에 있는 Ia 초신성 SN 2019yvq의 초기 자외선 및 가시광선 광도 및 스펙트럼 데이터를 제시한다. 폭발 후 며칠 내로 극도의 자외선 과잉이 관측되며, 이는 광학적 최대 밝기보다 더 밝다. 분비물질-동반성 충격 모델과 저질량 이중폭발 모델을 고려해도 모든 관측 특징을 완전히 재현할 수 없으며, 이는 02es 유사 Ia 초신성의 원천 시스템이 등방성 자외선 방출 능력을 가져야 한다는 것을 시사하며, 전통적인 시야각 의존 충격 모델에 도전한다.

ABSTRACT

We present photometric and spectroscopic observations of the nearby Type Ia SN 2019yvq, from its discovery $\sim$1 day after explosion to $\sim$100 days after its peak brightness. This SN exhibits several unusual features, most notably an extremely bright UV excess seen within $\sim$5 days of its explosion. As seen in Swift UV data, this early excess outshines its "peak" brightness, making this object more extreme than other SNe with early UV/blue excesses (e.g. iPTF14atg and SN 2017cbv). In addition, it was underluminous ($M_B=-18.4$), relatively quickly declining ($\Delta m_{15}(B)=1.35$), and shows red colors past its early blue bump. Unusual (although not unprecedented) spectral features include extremely broad-lined and high-velocity Si absorption. Despite obvious differences in peak spectra, we classify SN 2019yvq as a transitional member of the 02es-like subclass due to its similarities in several respects (e.g. color, peak luminosity, peak Ti, nebular [Ca II]). We model this dataset with a variety of published models, including SN ejecta - companion shock interaction and sub-Chandrasekhar mass WD double detonation models. Radio constraints from the VLA place an upper limit of $(4.5 - 20) imes 10^{-8}$ M$_{\odot}$/yr on the mass-loss rate from a symbiotic progenitor, which does not exclude a red giant or main sequence companion. Ultimately we find that no one model can accurately replicate all aspects of the dataset, and further we find that the ubiquity of early excesses in 02es-like SNe Ia requires a progenitor system that is capable of producing isotropic UV flux, ruling out some models for this class of objects.

연구 동기 및 목표

• SN 2019yvq의 초기 자외선 및 가시광선 광도곡선과 스펙트럼을 특성화하는 것, 이는 이례적인 초기 자외선 과잉을 보이는 근거리 Ia 초신성이다.
• 극도의 자외선 과잉이 분비물질-동반성 충격 상호작용 또는 저질량 이중폭발과 같은 표준 원천 모델로 설명될 수 있는지 확인하는 것.
• 자외선 과잉이 원천 시스템에 미치는 영향, 특히 질량 손실률에 대한 전파 관측으로부터의 제약 조건을 평가하는 것.
• SN 2019yvq의 관측된 특성이 Ia 초신성의 02es 유사 하위군과 일치하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 폭발 후 약 1일부터 ꄰ진 지 약 100일까지 Las Cumbres 관측소, Swift UVOT, ZTF 및 기타 지상 천체망원경에서 고주기 광도 및 스펙트럼 데이터를 확보하였다.
• 은하수의 흡수 법칙을 사용하여 광도를 보정하고 K보정을 적용하여 절대 등급을 유도하였다.
• Kasen (2010)의 분비물질-동반성 충격 모델과 Polin 등 (2019a)의 저질량 이중폭발 모델을 포함한 기존 모델과 광도곡선 및 스펙트럼 특징을 비교하였다.
• VLA에서 확보한 전파 관측을 통해 잠재적 상호작용 원천으로부터 질량 손실률을 제약하였으며, 상한선으로 (4.5–20) × 10⁻⁸ M⊙/yr을 확보하였다.
• 중성성 스펙트럼을 분석하여 [Fe II] 및 [Ca II]의 방출선을 탐색하였으며, 이는 핵합성 수율과 잠재적 이중폭발 서명을 평가하는 데 사용되었다.
• SNooPy와 emcee를 사용하여 광도곡선 피팅을 수행하여 관측된 광도곡선과 모델된 광도곡선을 비교하였으며, 여러 대역에서 적합도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Kasen (2010)의 예측에 따르면, SN 2019yvq의 극도의 초기 자외선 과잉은 분비물질-동반성 충격 상호작용으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 SN 2019yvq의 관측된 광도곡선 및 스펙트럼 특징은 저질량 백색왜성 이중폭발 모델과 일치하는가?
• RQ3 왜 02es 유사 Ia 초신성에서 초기 자외선 과잉이 흔한가? 시야각 효과는 이러한 서명이 약 10%의 사건에만 국한되어야 하기 때문이다.
• RQ4 전파 관측은 적색 거대성 또는 주계열 별과 같은 비백색왜성 동반성의 존재에 대해 어떤 제약을 둔다?
• RQ5 단일 원천 모델이 SN 2019yvq의 전체 데이터세트, 즉 자외선 과잉, 넓은 Si II 특징, 중성성 방출선을 모두 재현할 수 있는가?

주요 결과

• SN 2019yvq는 폭발 후 약 5일 이내에 극도의 자외선 과잉을 보이며, 자외선 광도가 광학적 최대 밝기보다 높다. 이는 iPTF14atg 및 SN 2017cbv와 같은 다른 알려진 초기 자외선 과잉 초신성보다 더욱 극단적이다.
• 초신성의 밝기는 낮다 (MB = −18.4), 빠르게 감쇠하며 (∆m15(B) = 1.35), 초기 파란 곡선 이후 빨간색 색조를 보이며, 정상적인 Ia 초신성과는 다릅니다.
• 스펙트럼 특징으로는 매우 넓고 고속도의 Si II 흡수, 강한 중성성 [Fe II] 및 [Ca II] 방출선, 그리고 감지 가능한 H나 He의 부재로, 이는 탄소-산소 백색왜성 원천을 시사한다.
• VLA에서 확보한 전파 관측으로, 잠재적 상호작용 동반성으로부터의 질량 손실률에 상한선 (4.5–20) × 10⁻⁸ M⊙/yr을 확보하였으며, 이는 적색 거대성 또는 주계열 별이 존재할 수 있음을 배제하지 않는다.
• 분비물질-동반성 충격 모델이든 저질량 이중폭발 모델이든, 어느 하나의 모델도 SN 2019yvq의 모든 관측 특징을 완전히 재현하지 못하며, 이는 더 복잡한 원천 시스템이 필요함을 시사한다.
• 02es 유사 Ia 초신성에서 초기 자외선 과잉이 흔한 것은 원천 시스템이 등방성 자외선 방출을 만들어내야 한다는 것을 시사하며, 기존의 시야각 의존 충격 모델에 도전하고, 주위 물질 또는 이중성 제트와 같은 메커니즘을 지지한다.