[논문 리뷰] Highly Luminous Supernovae associated with Gamma-Ray Bursts I.: GRB 111209A/SN 2011kl in the Context of Stripped-Envelope and Superluminous Supernovae

Д. А. Канн, P. Schady외 23명|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|2016. 06. 21.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 239인용 수 38

한 줄 요약

이 논문은 관측된 바 가장 빛나는 GRB-SN인 GRB 111209A/SN 2011kl을 볼로메트릭 광도곡선 모델링과 벗겨진 외곽층을 가진 초신성 및 초광명초신성(SLSNe)과의 비교를 통해 분석한다. SN 2011kl은 일반적인 GRB-SNe보다 매우 빛나고 더 파란색임을 발견하여, 자기자기력으로 구동되는 중심 엔진과 GRB와 SLSNe 사이의 잠재적 직접 연결을 시사하며, 기존의 붕괴성 모델에 도전한다.

ABSTRACT

GRB 111209A, one of the longest Gamma-Ray Bursts (GRBs) ever observed, is linked to SN 2011kl, the most luminous GRB-Supernova (SN) detected so far, which shows evidence for being powered by a magnetar central engine. We place SN 2011kl into the context of large samples of SNe, addressing in more detail the question of whether it could be radioactively powered, and whether it represents an extreme version of a GRB-SN or an underluminous Superluminous SN (SLSN). We model SN 2011kl using SN 1998bw as a template and derive a bolometric light curve including near-infrared data. We compare the properties of SN 2011kl to literature results on stripped-envelope and superluminous supernovae. Comparison in the k,s context, i.e., comparing it to SN 1998bw templates in terms of luminosity and light-curve stretch, clearly shows SN 2011kl is the most luminous GRB-SN to date, and it is spectrally very dissimilar to other events, being significantly bluer/hotter. Although SN 2011kl does not reach the classical luminosity threshold of SLSNe and evolves faster than any of them, it resembles SLSNe more than the classical GRB-associated broad-lined Type Ic SNe in several aspects. GRB 111209A was a very energetic event, both at early (prompt emission) and at very late (SN) times. We have shown in a further publication that with the exception of the extreme duration, the GRB and afterglow parameters are in agreement with the known distributions for these parameters. SN 2011kl, on the other hand, is exceptional both in luminosity and spectral characteristics, indicating that GRB 111209A was likely not powered by a standard-model collapsar central engine, further supporting our earlier conclusions. Instead, it reveals the possibility of a direct link between GRBs and SLSNe.

연구 동기 및 목표

• SN 2011kl이 방사성 붕괴인지 자기자기력 중심 엔진에 의해 구동되는지 확인하는 것.
• SN 2011kl이 극단적인 GRB-SN인지 또는 부족광명한 SLSN인지 평가하는 것.
• SN 2011kl의 빛나는 정도, 광도곡선 스트레치 및 스펙트럼 특성을 알려진 벗겨진 외곽층을 가진 초신성 및 초광명초신성 샘플과 비교하는 것.
• GRB 111209A/SN 2011kl이 장수명 GRB에 대한 표준 붕괴성 모델을 도전하는지 평가하는 것.
• 이 놀라운 사건을 통해 GRB와 SLSNe 사이의 직접적인 물리적 연결 가능성을 탐색하는 것.

제안 방법

• 근적외선 데이터를 포함하여 SN 1998bw를 템플릿으로 사용해 SN 2011kl의 볼로메트릭 광도곡선을 구축했다.
• 다른 GRB-SNe와 SLSNe와의 상대적 위치를 위해 $k,s$-공간(빛나는 정도 대 광도곡선 스트레치)에서 비교 분석을 수행했다.
• 스펙트럼 특성을 분석하여 SN 2011kl가 일반적인 GRB-SNe보다 현저히 더 파랗고 더 뜨겁다는 것을 발견했다.
• GRB 111209A의 초기 및 후광 특성을 알려진 분포와 비교하여, 극단적인 지속시간을 제외하고는 일관성을 확인했다.
• 벗겨진 외곽층을 가진 초신성 및 SLSNe의 문헌 자료를 활용해 SN 2011kl의 빛나는 정도와 진화 timescale를 맥락화했다.
• 업데이트된 RA 코사인 보정을 사용해 은하 중심의 천체적 오프셋을 보정하여, 투영된 오프셋을 2.26 ± 1.25 kpc로 정밀화했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2011kl은 방사성 붕괴인지 자기자기력 중심 엔진에 의해 구동되는가?
• RQ2 SN 2011kl은 다른 GRB-SNe와 SLSNe와 비교해 빛나는 정도와 광도곡선 스트레치에서 어떻게 다른가?
• RQ3 SN 2011kl의 스펙트럼 및 광도 행동은 전통적인 GRB-SNe가 아닌 SLSNe와의 연결을 지지하는가?
• RQ4 GRB 111209A의 극단적인 지속시간은 알려진 GRB 분포와 일치하는가, 아니면 다른 원천을 시사하는가?
• RQ5 SN 2011kl의 성질을 고려할 때, GRB와 SLSNe 사이의 '결실된 고리'로 간주될 수 있는가?

주요 결과

• SN 2011kl은 관측된 바 가장 빛나는 GRB-SN로, 어떤 알려진 GRB-SN보다도 높은 볼로메트릭 빛나는 정도를 가진다.
• 이 사건은 일반적인 GRB-SNe보다 현저히 더 파랗고 더 뜨겁다. 이는 더 뜨거운 표면과 다른 스펙트럼 진화를 의미한다.
• SN 2011kl는 알려진 SLSNe보다도 더 빨리 진화하지만, 전형적인 넓은 선이 있는 Ic 초신성보다는 SLSNe와 더 많은 광도 및 스펙트럼 특성을 공유한다.
• SN 2011kl의 빛나는 정도와 스펙트럼 특성은 표준 방사성 붕괴 붕괴가 아닌 자기자기력으로 추진되는 중심 엔진에 의해 가장 잘 설명된다.
• GRB 111209A의 후광 및 초기 방출 매개변수는 알려진 GRB 분포와 일치하지만, 극단적인 지속시간을 제외하고는 그렇다.
• 보정된 SN 2011kl와 은하 중심 사이의 투영 오프셋은 2.26 ± 1.25 kpc로, 이전 추정치와 더 잘 일치하며 주요 결론에 영향을 주지 않는다.