[논문 리뷰] Keck and ESO-VLT View of the Symmetry of the Ejecta of the XRF/SN 2006aj

P. A. Mazzali, R. J. Foley외 12명|2007. 03. 06.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 Keck 및 VLT 망원경를 사용하여 XRF/SN 2006aj의 성운상태 스펙트로스코피를 분석하여 중심 밀도 핵을 가진 대칭적인 확산 물질을 규명하였다. 이는 낮은 비대칭성에도 불구하고 이루어졌으며, 데이터는 낮은 56Ni 질량(~0.20 M☉)과 8000 km s⁻¹ 이하에서 총 확산 질량 약 ~2 M☉를 확인하였다. 이는 약 20 M☉의 ZAMS 질량을 가진 원형성과 중성자별 잔여물이 존재하는 것으로 나타나, XRF가 GRB의 구형이고 약한 유사체임을 지지한다.

ABSTRACT

Nebular-phase spectra of SN 2006aj, which was discovered in coincidence with X-ray flash 060218, were obtained with Keck in 2006 July and the Very Large Telescope in 2006 September. At the latter epoch spectropolarimetry was also attempted, yielding an upper limit of ~ 2% for the polarization. The spectra show strong emission lines of [OI] and MgI], as expected from a Type Ic supernova, but weak CaII lines. The [FeII] lines that were strong in the spectra of SN 1998bw are much weaker in SN 2006aj, consistent with the lower luminosity of this SN. The outer velocity of the line-emitting ejecta is ~ 8000 km/s in July and ~ 7400 km/s in September, consistent with the relatively low kinetic energy of expansion of SN 2006aj. All emission lines have similar width, and the profiles are symmetric, indicating that no major asymmetries are present in the ejecta at the velocities sampled by the nebular lines (v < 8000 km/s), except perhaps in the innermost part. The spectra were modelled with a non-LTE code. The mass of 56Ni required to power the emission spectrum is ~ 0.20 Msun, in excellent agreement with the results of early light curve modelling. The oxygen mass is ~ 1.5 Msun, again much less than in SN 1998bw but larger by ~ 0.7 Msun than the value derived from the early-time modelling. The total ejected mass is ~ 2 Msun below 8000 km/s. This confirms that SN 2006aj was only slightly more massive and energetic than the prototypical Type Ic SN 1994I, but also indicates the presence of a dense inner core, containing ~ 1 Msun of mostly oxygen and carbon. The presence of such a core is inferred for all broad-lined SNe Ic. This core may have the form of an equatorial oxygen-dominated region, but it is too deep to affect the early light curve and too small to affect the late polarization spectrum.

연구 동기 및 목표

• 늦은 시기 스펙트로스코피를 사용하여 XRF/SN 2006aj의 확산 물질의 비대칭성을 조사하기.
• 성운 확산 물질 내 56Ni, 산소, 칼슘의 질량 분포를 규명하기.
• 폭발이 특히 내부 영역에서 비대칭적인지 평가하기.
• 초기 단계의 광도 곡선 모델과 늦은 시기 성운 스펙트럼 간의 일치성 확보하기.
• XRF 연관 SNe의 원형성 질량과 잔여물 유형에 대한 함의 평가하기.

제안 방법

• 2006년 7월 Keck와 2006년 9월 VLT를 사용하여 SN 2006aj의 성운상태 스펙트럼을 확보하였다.
• VLT에서 스펙트로폴라리메트리로 비대칭성을 검출하였으며, 이로 인해 약 2% 이하의 투과도 상한선을 도출하였다.
• 비-LTE 복사 전달 코드를 사용하여 성운 스펙트럼을 모델링하여 원소 질량과 확산 물질의 구조를 유도하였다.
• 유도된 질량(56Ni, 산소, 칼슘)을 초기 단계의 광도 곡선 모델링 결과와 비교하였다.
• 선형 프로파일의 대칭성과 속도 구조를 분석하여 확산 물질 기하학과 밀도 기울기를 추론하였다.
• 산소 선([O i])에서 v ≤ 2000 km s⁻¹ 범위에서 강도 증가 현상으로 인해 저속, 밀도 높은 핵이 존재함을 유추하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2006aj의 확산 물질은 특히 내부 영역에서 어느 정도 비대칭적인가?
• RQ2 성운 방출을 주도하기 위해 필요한 56Ni 질량은 얼마이며, 초기 단계 추정치와 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ3 확산 물질 내 산소와 칼슘의 총 질량은 얼마이며, 다른 SNe Ic-BL과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ4 밀도 높은 내부 핵의 존재가 초기 광도 곡선이나 투과도에 영향을 미치는가? 만약 그렇다면 어떤 방식으로 영향을 미치는가?
• RQ5 성운 스펙트럼과 투과도는 원형성 질량과 잔여물 유형에 대해 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• 성운 스펙트럼은 8000 km s⁻¹ 이하의 확산 속도에서 뚜렷한 비대칭성이 없고 대칭적인 선형형태를 보이며 낮은 비대칭성과 일치한다.
• 성운 방출을 주도하기 위해 필요한 56Ni 질량은 약 ~0.20 M☉이며, 초기 단계 광도 곡선 모델링 결과와 뛰어난 일치를 보인다.
• 산소 질량은 약 ~1.5 M☉이며, SN 1998bw보다는 현저히 낮지만 초기 단계 모델링 추정치보다 약 ~0.7 M☉ 높다.
• 8000 km s⁻¹ 이하의 총 확산 질량은 약 ~2 M☉이며, 상대적으로 낮은 에너지 폭발임을 시사한다.
• 산소와 탄소 약 ~1 M☉의 밀도 높은 내부 핵이 추론되며, 이는 저속에서 디스크 형태의 구조를 형성할 가능성이 있다.
• 검출 가능한 투과도가 없음(≤2%)은 56Ni 분포와 내부 핵이 높은 비대칭성을 띠지 않음을 시사하며, 이는 구형 또는 거의 구형 폭발을 지지한다.