[논문 리뷰] A unique core-collapse supernova in an elliptical galaxy

Koji S. Kawabata, Keiichi Maeda외 5명|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 16.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 타원은하에서 발생한 밝기가 약하고 급격히 흐려지는 헬륨이 풍부한 초신성 SN 2005cz가, 저질량 원형성성체(8–12 M☉)의 핵붕괴 사건으로 발생했으며, 이는 이진 상호작용에 의해 수소 외곽을 잃은 결과라고 제안한다. 원형성성체의 얇은 산소와 실리카가 풍부한 층은 최소한의 56Ni와 산소 분출을 초래하여 약한 방출선과 희미한 광도곡선을 설명하며, 이는 주변 은하의 최근 별 형성과 일치한다.

ABSTRACT

The unusual helium-rich (type Ib) supernova SN 2005E is distinguished from any supernova hitherto observed by its faint and rapidly fading light curve, prominent calcium lines in late-phase spectra and lack of any mark of recent star formation near the supernova location. These properties are claimed to be explained by a helium detonation in a thin surface layer of an accreting white dwarf (Perets et al. 2010). Here we report on observations of SN 2005cz appeared in an elliptical galaxy, whose observed properties resemble those of SN 2005E in that it is helium-rich and unusually faint, fades rapidly, shows much weaker oxygen emission lines than those of calcium in the well-evolved spectrum. We argue that these properties are best explained by a core-collapse supernova at the low-mass end ($8-12 M_{\odot}$) of the range of massive stars that explode (Smartt 2009). Such a low mass progenitor had lost its hydrogen-rich envelope through binary interaction, having very thin oxygen-rich and silicon-rich layers above the collapsing core, thus ejecting a very small amount of radioactive $^{56}$Ni and oxygen. Although the host galaxy NGC 4589 is an elliptical, some studies have revealed evidence of recent star-formation activity (Zhang et al. 2008), consistent with the core-collapse scenario.

연구 동기 및 목표

• SN 2005cz의 이례적인 성질을 설명하기 위해, 즉 희미하고 급격히 흐려지는 헬륨이 풍부한 초신성의 성질을 설명하기 위해.
• 은하의 타원형 형태와 핵붕괴 초신성 존재 사이의 모순을 해결하기 위해.
• 관측된 스펙트럼 및 광도곡선 특성과 일치하는 원형성성체 질량과 진화 역사를 규명하기 위해.
• 주변 은하의 최근 별 형성 여부가 핵붕괴 시나리오를 뒷받침하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• NGC 4589에 위치한 SN 2005cz의 광학 광도곡선과 후기 단계 스펙트럼 분석.
• 핵붕괴 초신성의 이론 모델과 비교하여, 특히 약한 산소 방출선과 강한 칼슘 선을 특징으로 하는 관측된 스펙트럼 특성 분석.
• 이진 상호작용에 의한 수소의 손실과 얇은 산소/실리카 층 형성에 기반한 원형성성체 진화 모델링.
• 광도곡선 감쇠 속도를 이용한 56Ni 질량 추정 및 저질량 항성의 핵붕괴 모델과 비교.
• 최근 별 형성 지표를 포함한 주변 은하 데이터를 활용하여 원형성성체 연령과 환경 제약.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2005cz의 희미하고 급격히 흐려지는 광도곡선을 일으킨 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 SN 2005cz가 스펙트럼에서 강한 칼슘 선을 보이지만 약한 산소 방출선을 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ3 왜 타원은하에서는 별 형성이 주로 정지해 있다고 여겨지지만 핵붕괴 초신성가 발생할 수 있는가?
• RQ4 관측된 성질을 가장 잘 설명하는 원형성성체 질량과 진화 역사는 무엇인가?

주요 결과

• SN 2005cz는 이진 상호작용로 수소 외곽을 잃은 저질량 원형성성체(8–12 M☉)의 핵붕괴 초신성로 가장 잘 설명된다.
• 원형성성체의 얇은 산소 및 실리카가 풍부한 층은 최소한의 56Ni와 산소 분출을 초래하여, 희미한 광도곡선과 약한 산소 방출선과 일치한다.
• 후기 단계 스펙트럼에서 관측된 칼슘 선은 핵붕괴 시나리오와 원형성성체의 조성과 일치한다.
• 주변 은하 NGC 4589에서의 최근 별 형성 증거는 타원은하의 형태에도 불구하고 핵붕괴 기원을 지지한다.