[논문 리뷰] Early Time Light Curves of 18 Bright Type Ia Supernovae Observed with TESS

Michael Fausnaugh, P. Vallely외 19명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 03.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 2인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 테스의 첫 6개 섹터에서 관측한 18개의 Ia 초신성의 초기 시기 빛의 곡선을 분석하여 동반성의 흔적을 찾기 위해 거듭제곱 법칙 모델을 적합시켰다. 대부분의 초신성이 빛의 강도가 시간의 제곱에 비례하여 증가하는 화염공 모델을 따르며, 동반성의 반경에 대해 보수적인 상한선을 제시한다 — 6개의 초신성에 대해선 25 R☉ 이하, 4개의 초신성에 대해선 4 R☉ 이하로 제한되며, 이는 테스가 백색왜성의 동반성 또는 단일 기여자 원천 모델을 강력하게 제약할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present early time light curves of 18 Type Ia supernovae observed in the first six sectors of TESS data. Nine of these supernovae were discovered by ASAS-SN, four by ATLAS, four by ZTF, and one by extit{Gaia}. For eight of these objects with sufficient dynamic range ($>$3.0 mag from detection to peak), we fit power law models and search for signatures of companion stars. Most of our sources are consistent with fireball models where the flux increases $\propto t^2$, while two display a flatter rise with flux $\propto t$. We do not find any obvious evidence for additional structure such as multiple power law components in the early rising light curves. Assuming a favorable viewing angle, we place conservative upper limits on the radii of any companion stars of less than 25 R$_\odot$ for six supernovae and less than 4 R$_\odot$ for 4 supernovae. If such systems are commonplace, the odds of non-detection in this sample are 38\% for companions $\gtrsim$25\,R$\odot$ and 52\% for companions $\gtrsim$4\,R$\odot$. Based on the examples in this work, we expect that TESS will either detect emission from a dwarf companion during its initial two year survey, or place stringent limits on single-degenerate progenitor models.

연구 동기 및 목표

• 테스의 첫 6개 섹터 동안 관측된 18개의 밝은 Ia 초신성의 초기 시기 빛의 곡선을 조사한다.
• 거듭제곱 법칙 적합을 통해 상승하는 빛의 곡선에서 동반성의 흔적을 찾는다.
• 유리한 관측 기하학 조건 하에서 잠재적 동반성의 반경에 상한선을 설정한다.
• 이중성의 두 번째 연속 조사 기간 동안 백색왜성 동반성의 탐지 가능성과 기원 모델에 대한 영향을 평가한다.
• 테스가 동반성에서 오는 복사 에너지를 탐지하거나 단일 기여자 시나리오를 배제할 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• 섹터 1–6 동안 테스 관측을 통해 18개의 Ia 초신성의 초기 시기 빛의 곡선을 확보하였다.
• 빛의 곡선 상승부에 거듭제곱 법칙 모델을 적합시켜 빛의 강도 변화를 시간 함수로 특성화하였다.
• t² 거듭제곱 법칙 상승에서의 편차를 평가하여 동반성 복사와 같은 추가 성분을 탐지하였다.
• 유리한 관측 각도와 알려진 빛의 세기 제약 조건을 가정하여 동반성의 반경에 대해 보수적인 상한선을 계산하였다.
• 특정 크기의 동반성이 존재할 경우 비탐지 확률을 추정하기 위해 통계적 옷스를 사용하였다.
• 관측 데이터를 이론적 화염공 모델과 결합하여 초기 복사 행동을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ia 초신성의 초기 시기 빛의 곡선은 동반성 복사의 징후를 나타내는 t² 거듭제곱 법칙 상승에서의 편차를 보이는가?
• RQ2 테스 관측을 바탕으로 단일 기여자 시스템에서 잠재적 동반성의 반경에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ3 만약 이러한 시스템이 흔하다면, 테스의 2년 조사 기간 동안 백색왜성 동반성의 복사 에너지를 탐지할 가능성은 얼마나 되는가?
• RQ4 관측된 빛의 곡선은 화염공 모델을 지지하는가, 아니면 추가적인 초기 복사 성분을 포함한 모델을 지지하는가?
• RQ5 비탐지 결과는 단일 기여자 기원 시스템의 퍼짐에 어떤 제약을 둔다?

주요 결과

• 다이내믹 레인지(3.0 mag 이상)가 충분한 18개의 초신성 중 8개는 빛의 강도가 시간의 제곱에 비례하여 증가하며, 화염공 모델과 일치한다.
• 두 개의 초신성에서 빛의 강도가 시간에 비례하여 증가하는 평탄한 상승을 보이며, 표준 화염공 행동에서의 편차를 시사한다.
• 빛의 곡선에서 다중 거듭제곱 법칙 성분이나 추가적인 초기 복사 구조에 대한 명확한 증거는 발견되지 않았다.
• 6개의 초신성에 대해 유리한 관측 각도를 가정할 경우 동반성 반경에 대한 보수적인 상한선은 25 R☉ 이하였다.
• 4개의 초신성에 대해 동일한 조건에서 동반성 반경에 대한 상한선은 4 R☉ 이하였다.
• 이 샘플에서 비탐지의 옷스는 반경 ≥25 R☉ 인 동반성의 경우 38%, 반경 ≥4 R☉ 인 동반성의 경우 52%로, 테스가 이러한 시스템에 대해 강력한 감도를 지닌다는 것을 시사한다.