[논문 리뷰] Forbidden hugs in pandemic times - II. The luminous red nova variety: AT 2020hat and AT 2020kog

A. Pastorello, G. Valerin외 33명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 12.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 87인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 두 개의 밝은 빨간 신성우현(일명 AT 2020hat 및 AT 2020kog)의 다중파장 모니터링을 통해, 수개월에 걸친 느린 빛의 밝기 상승과 그 후에 이어지는 대규모 폭발을 규명하였다. 주요 발견으로는 IIn 유사 특성에서 K/M형 항성 유사 특성으로의 명확한 스펙트럼 진화와, 허블 우주망원경의 기록 이미지를 통한 강력한 원천 별 제약 조건이 있으며, 이는 질량이 큰 핵붕괴 초신성 원천과 일치하지 않는 중간 K형 항성임을 확인한다.

ABSTRACT

We present the results of our monitoring campaigns of the luminous red novae (LRNe) AT 2020hat in NGC 5068 and AT 2020kog in NGC 6106. The two objects were imaged (and detected) before their discovery by routine survey operations. They show a general trend of slow luminosity rise, lasting at least a few months. The subsequent major LRN outbursts were extensively followed in photometry and spectroscopy. The light curves present an initial short-duration peak, followed by a redder plateau phase. AT 2020kog is a moderately luminous event peaking at ∼7 × 1040 erg s-1, while AT 2020hat is almost one order of magnitude fainter than AT 2020kog, although it is still more luminous than V838 Mon. In analogy with other LRNe, the spectra of AT 2020kog change significantly with time. They resemble those of type IIn supernovae at early phases, then they become similar to those of K-type stars during the plateau, and to M-type stars at very late phases. In contrast, AT 2020hat already shows a redder continuum at early epochs, and its spectrum shows the late appearance of molecular bands. A moderate-resolution spectrum of AT 2020hat taken at +37 d after maximum shows a forest of narrow P Cygni lines of metals with velocities of 180 km s-1, along with an Hα emission with a full-width at half-maximum velocity of 250 km s-1. For AT 2020hat, a robust constraint on its quiescent progenitor is provided by archival images of the Hubble Space Telescope. The progenitor is clearly detected as a mid-K type star, with an absolute magnitude of MF606W = -3.33 ± 0.09 mag and a colour of F606W - F814W = 1.14 ± 0.05 mag, which are inconsistent with the expectations from a massive star that could later produce a core-collapse supernova. Although quite peculiar, the two objects nicely match the progenitor versus light curve absolute magnitude correlations discussed in the literature.

연구 동기 및 목표

• 폭발 단계 동안 두 개의 밝은 빨간 신성우현(AT 2020hat 및 AT 2020kog)의 광선 곡선과 스펙트럼 진화를 규명하기 위해.
• 기록된 허블 우주망원경 이미지를 사용하여 이러한 사건의 침체 상태 원천 별의 성격을 규명하기 위해.
• 관측된 밝기와 원천 특성들이 빛의 밝기와 원천의 등급 간 기존 상관관계와 일치하는지 테스트하기 위해.
• LRN 광선 곡선의 느린 상승 및 평탄한 단계의 물리적 메커니즘을 조사하기 위해.

제안 방법

• 폭발 이후 여러 에포크에 걸쳐 AT 2020hat 및 AT 2020kog의 광학적 및 스펙트럼적 모니터링을 수행하였다.
• 침체 상태 원천 항성의 식별 및 특성 분석을 위해 기록된 허블 우주망원경 F606W 및 F814W 대역 이미지를 분석하였다.
• 원천의 절대 등급과 색인수(F606W - F814W)를 측정하여 스펙트럼 유형을 분류하고 질량이 큰 항성 모델과의 일치 여부를 평가하였다.
• 초기에는 IIn 유사 특성에서 시작하여 점차 K/M형 항성 유사 특성으로의 스펙트럼 진화를 추적하였으며, 분자의 밴드가 나타나는 것을 포함하였다.
• 피크 볼로메트릭 빛의 밝기 추정치를 사용하여 폭발 밝기를 정량화하였으며, AT 2020kog는 약 ∼7 × 10⁴⁰ erg s⁻¹로 피크에 도달하였다.
• P Cygni 프로파일에서의 도플러 속도 측정치(예: AT 2020hat에서 금속 성분의 180 km s⁻¹)를 사용하여 기체의 운동학적 특성을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빛의 밝기 곡선과 스펙트럼 진화 특성은 AT 2020hat 및 AT 2020kog의 밝은 빨간 신성우현에서 어떻게 나타나는가?
• RQ2 허블 기록 이미징으로 제약된 AT 2020hat의 침체 상태 원천 별은 어떤 성격을 지니는가?
• RQ3 이러한 LRNe의 관측된 밝기와 원천 특성은 문헌에 기록된 상관관계와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 왜 AT 2020hat은 AT 2020kog보다 더 빨간색 연속 스펙트럼과 조기에 분자의 밴드 특성을 보이는가?
• RQ5 P Cygni 프로파일을 통해 추적된 기체의 운동학적 특성은 폭발 메커니즘에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• AT 2020hat과 AT 2020kog 모두 수개월에 걸쳐 느린 밝기 상승을 보이다가, 초기 피크가 짧고 빨간색 평탄한 단계를 보이는 대규모 폭발을 겪었다.
• AT 2020kog는 약 ∼7 × 10⁴⁰ erg s⁻¹로 피크 밝기를 보였으며, AT 2020hat는 거의 한 계급 어두운 반응을 보였지만 여전히 V838 Mon을 초월하는 밝기를 지녔다.
• AT 2020hat의 원천은 절대 등급 MF606W = -3.33 ± 0.09 mag, 색인수 F606W - F814W = 1.14 ± 0.05 mag를 지닌 중간 K형 항성으로 확인되었다.
• 이러한 밝기와 색상 특성으로 인해 AT 2020hat의 원천은 핵붕괴 초신성를 일으킬 것으로 예상되는 질량이 큰 항성과 일치하지 않는다.
• AT 2020kog의 스펙트럼은 초기 단계에 IIn 유사 특성에서 시작하여 평탄한 단계에선 K형 항성 유사 특성으로 진화하고 늦은 단계에선 M형 항성 유사 특성으로 변화하였다.
• AT 2020hat의 +37일차에 획득한 중간 해상도 스펙트럼은 180 km s⁻¹ 속도에서 금속 성분의 좁은 P Cygni 선 무리와 FWHM 속도 250 km s⁻¹인 Hα 발산선을 보였다.