[논문 리뷰] A very low central oxygen mass in the peculiar type Ia SN 2010lp: further diversity at the low-luminosity end of SNe Ia

P. A. Mazzali, S. Benetti외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 09.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 49인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 특이하고 밝기가 낮은 Ia형 초신성 SN 2010lp의 성운 스펙트럼을 모델링하여 중심 산소 질량이 약 0.05 M⊙로 매우 낮음을 발견했으며, 이는 두 개의 별개로 분리된 낮은 속도(v < 2000 km s⁻¹)의 덩어리에 분포되어 있다. 이중 피크를 띠는 [O I] λ6300,6363 복사선은 낮은 질량의 백색왜성 두 개의 폭력적인 융합 또는 충돌을 강하게 시사하며, Ia형 초신성의 저광도 영역에서의 원천 채널 다양성을 부각시킨다.

ABSTRACT

A nebular spectrum of the peculiar, low-luminosity type Ia supernova 2010lp is modelled in order to estimate the composition of the inner ejecta and to illuminate the nature of this event. Despite having a normally declining light curve, SN 2010lp was similar spectroscopically to SN 1991bg at early times. However, it showed a very unusual double-peaked [OI] $\lambda\lambda\,6300,6363$ emission at late times (Taubenberger et al. 2013). Modelling of the nebular spectrum suggests that a very small amount of oxygen ($\sim0.05$ M$_{\odot}$), expanding at very low speed ($\sim2000$ km/s) is sufficient to reproduce the observed emission. The rest of the nebula is not too dissimilar from SN 1991bg, except that SN 2010lp is slightly more luminous. The double-peaked [OI] emission suggests that SN 2010lp may be consistent with the merger or collision of two low-mass white dwarfs. The low end of the SN Ia luminosity sequence is clearly populated by diverse events, where different channels may contribute.

연구 동기 및 목표

• SN 2010lp의 본질을 이해하기 위해, 특이하고 저광도인 Ia형 초신성로서 이른 시기의 스펙트럼이 이례적인 특성을 보이는 현상을 분석한다.
• 성운 스펙트럼 모델링을 통해 내부 폭발 물질의 조성과 운동량을 규명한다.
• 관측된 이중 피크 [O I] 복사선이 알려진 폭발 시나리오, 특히 초크라스체스카르 질량 백색왜성에 기반한 시나리오로 설명 가능한지 테스트한다.
• Ia형 초신성의 저광도 영역에서 원천 다양성에 대한 함의를 조사한다.
• 낮은 중심 산소 질량과 이중성 구조가 특정 폭발 메커니즘, 예를 들어 백색왜성 융합 또는 충돌을 지시하는지 평가한다.

제안 방법

• SN 2010lp의 관측 스펙트럼을 ~300일 후 폭발 시점에 모델링하기 위해 복사전달 코드를 사용해 합성 성운 스펙트럼을 계산하였다.
• 폭발 모델은 SN 1991bg와 유사한 초크라스체스카르 질량(sub-MCh) 폭발을 가정하여 폭발 물질의 조성과 속도 구조를 제약 조건으로 설정하였다.
• 이중 피크 [O I] λ6300,6363 복사선을 재현하기 위해 공간적으로 분리된 낮은 속도의 산소 풍부한 덩어리(v < 2000 km s⁻¹)를 모델에 포함시켰다.
• 관측된 복사율 수준과 선형형태를 일치시키기 위해 모델을 조정하였으며, 빛의 밝기와 선 강도로부터 ⁵⁶Ni 질량과 산소 질량을 유도하였다.
• 특히 질량 비율과 비대칭성에 초점을 맞춘 백색왜성 융합 및 충돌 모델의 이전 연구 결과와 비교하였다.
• 광도 곡선을 기반으로 흐림 정도와 거리 계산을 수행하였으며, 성운 빛의 밝기를 재현하기 위해 필요한 ⁵⁶Ni 질량은 약 ~0.08 M⊙로 추정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2010lp의 내부 폭발 물질에서 산소의 질량과 공간 분포는 성운 스펙트럼으로부터 어떻게 유추될 수 있는가?
• RQ2 관측된 이중 피크 [O I] λ6300,6363 복사선은 비대칭 폭발 물질을 가진 초크라스체스카르 질량 폭발 모델로 재현될 수 있는가?
• RQ3 낮은 중심 산소 질량과 이중성 구조를 가장 잘 설명하는 원천 시나리오는 무엇인가? 예를 들어, 낮은 질량의 백색왜성 두 개의 폭력적인 융합 또는 충돌인가?
• RQ4 SN 2010lp의 낮은 ⁵⁶Ni 질량(~0.08 M⊙)과 낮은 중심 밀도는 표준 SN 1991bg 및 기타 저광도 Ia형 초신성과 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ5 성운 스펙트럼에 드러나는 관측적 징후 중, 이중백색왜성 융합 또는 헬륨 폭발 시나리오 등 다양한 폭발 채널을 구별할 수 있는 것이 있는가?

주요 결과

• SN 2010lp의 성운 스펙트럼은 중심 산소 질량이 약 0.05 M⊙인 초크라스체스카르 질량 폭발 모델에 의해 가장 잘 재현된다.
• 이중 피크 [O I] λ6300,6363 복사선은 서로 반대 방향으로 움직이는 두 개의 별개로 분리된 낮은 속도(v < 2000 km s⁻¹)의 산소 풍부한 덩어리에 의해 생성된다.
• 성운 복사선을 주도하기 위해 필요한 ⁵⁶Ni 질량은 약 ~0.08 M⊙로 추정되며, 이는 SN 1991bg에서 관측된 약 ~0.06 M⊙보다 略로 높다.
• 낮은 중심 산소 질량과 낮은 속도의 탄소 선 부재는 원천에서 탄소가 대부분 산소로 연소되었고, 불완전 연소로 남은 탄소가 극히 소량임을 시사한다.
• 관측된 구조는 일반적인 3차원 융합 시뮬레이션과 부합하지 않으며, 이는 일반적으로 단일의 구형 대칭 산소 핵을 생성하기 때문이다. 이는 새로운 또는 개선된 모델이 필요함을 시사한다.
• 데이터는 낮은 질량의 백색왜성 두 개의 폭력적인 융합 또는 충돌 시나리오를 지지하며, 이는 불완전 연소와 비대칭적 분출이 관측된 이중성 산소 구조를 만들어낸다.