[논문 리뷰] Light Curve Properties of Supernovae Associated With Gamma-ray Bursts

Xue Li, J. Hjorth|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 13.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 1인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 후속 항성, 은하수, 먼지 흡수 및 K보정을 보정한 후, 여덟 개의 감마선 폭발 연루 초신성(GRB-SNe)의 휴면 상태 V대역 광도곡선을 템플릿 없이 유도하는 방법을 제시한다. 이는 제 1형 초신성의 필립스 관계와 유사한 밀도 높은 광도-감쇠율 관계를 발견하며, M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag로 표현되며, 이는 GRB-SNe가 천문학적 표준 촛불로 사용될 잠재력을 뒷받침한다.

ABSTRACT

Little is known about the diversity in the light curves of GRB-SNe, including whether the light curve of SN 1998bw can be used as a representative template or whether there is a luminosity-decline rate relation akin to that of SNe Ia. In this paper, we aim to obtain well-constrained light curves of GRB-SNe without the assumption of empirical or parametric templates and to investigate whether the peak brightness correlates with other parameters such as the light curve shape or the time of peak. We select eight SNe in the redshift range 0.0085 to 0.606, which are firmly associated with GRBs. The light curves of these GRB-SNe are well sampled across the peak. Afterglow and host galaxy contributions are subtracted and dust reddening is corrected for. Low-order polynomial functions are fitted to the light curves. A K-correction is applied to transform the light curves into the rest frame V band. GRB-SNe follow a luminosity-decline rate relation similar to the Phillips relation for SNe Ia, with $M_{V,peak} = 1.59^{+0.28}_{-0.24} Δm_{V,15} - 20.61^{+0.19}_{-0.22}$, with $χ^2 = 5.2$ for 6 dof and $M_{V,peak}$ and $Δm_{V,15}$ being the peak magnitude and decline rate in V band. This luminosity-decline rate relation is tighter than the k-s relation, where k and s are the factors describing the relative brightness and width to the light curve of SN 1998bw. The peak luminosities of GRB-SNe are also correlated with the time of peak: the brighter the GRB-SN, the longer the rise time. The light curve of SN 1998bw stretched around the time of explosion can be used as a template for GRB-SNe with reasonable confidence, but stretching around the peak produces better results. The existence of such a relation provides a new constraint on GRB explosion models. GRB-SNe can be used as standardizable candles to measure cosmological distances and constrain cosmological parameters.

연구 동기 및 목표

• 후속 항성과 은하수 기여를 제거함으로써 GRB-SNe에 대한 정확하고 템플릿이 없는 휴면 상태 V대역 광도곡선을 확보하기 위해.
• DIRBE/IRAS 지도와 은하수 흡수 측정치를 사용하여 갈색성과 은하수 흡수를 보정하기 위해.
• 관측된 다중 대역 광도측정치를 이용해 다중 대역 K보정을 적용하여 관측 광도곡선을 휴면 상태 V대역으로 변환하기 위해.
• SN 1998bw가 GRB-SNe에 대한 대표 광도곡선 템플릿으로 사용될 수 있는지 테스트하기 위해.
• GRB-SNe 광도곡선에서 광도 최고점, 감쇠율, 상승 시간 간의 상관관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• 후속 항성과 은하수 기여를 뺀 후, 저차수 다항식 피팅을 사용해 광도곡선을 모델링하였다.
• 다양한 대역에서의 관측 광도측정치를 이용해 K보정을 적용하여 광도곡선을 휴면 상태 V대역으로 변환하였다.
• 문헌에서 제공된 R_V = 3.1과 E(B-V) 값(예: E(B-V)_host = 0.39 ± 0.03 mag)을 사용해 갈색성과 은하수 흡수를 보정하였다.
• 피크 magnitude와 감쇠율에 대한 견고한 오차 추정을 위해 10,000회 반복의 몬테카를로 방법을 사용하였다.
• 감쇠율 Δm_V,15는 피크 밝기 이후 V대역에서 15일 동안의 magnitude 감소로 정의되었다.
• 다중 대역 K보정이 불가능한 경우, SN 1998bw의 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 광도곡선을 보조 템플릿으로 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 또는 매개수 템플릿을 가정하지 않고도 GRB-SNe 광도곡선을 신뢰성 있게 유도할 수 있는가?
• RQ2 GRB-SNe에 필립스 관계와 유사한 광도-감쇠율 관계가 존재하는가?
• RQ3 SN 1998bw의 광도곡선이 다른 GRB-SNe에 대한 유효한 템플릿으로 사용될 수 있으며, 폭발 시간이 아닌 피크 주변에서의 스트레칭이 더 나은가?
• RQ4 GRB-SNe 광도곡선에서 피크 magnitude와 감쇠율은 상승 시간과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ5 다양한 연구에서 보고된 GRB-SNe의 피크 magnitude는 일관된가? 그리고 보고된 값 간의 격차는 무엇에 기인하는가?

주요 결과

• 연구는 적색편이 0.0085에서 0.606 사이의 여덟 개의 GRB-SNe에 대해 후속 항성과 은하수 기여를 제거한 잘 구속된 휴면 상태 V대역 광도곡선을 유도하였다.
• GRB-SNe는 밀도 높은 광도-감쇠율 관계를 보이며, M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag로 표현되며, 자유도 6에서 χ² = 5.2이다.
• 이 광도-감쇠율 관계는 이전 연구에서 사용된 k-s 관계보다 더 날카롭게, 표준화 가능성 향상됨을 시사한다.
• 피크 광도는 상승 시간과 약한 상관관계가 있다: 더 밝은 GRB-SNe는 더 긴 상승 시간을 가진다.
• SN 1998bw의 광도곡선은 대표 템플릿으로 사용될 수 있지만, 피크 시간이나 스트레칭 인자 s로 스트레칭하는 것보다 감쇠율 Δm_V,15 기반 스트레칭이 더 좋은 결과를 낳는다.
• 다양한 연구 간에 보고된 피크 magnitude의 격차는 주로 갈색성 흡수를 이중으로 보정하고, 흡수 법칙 또는 거리 모듈러스의 차이로 설명된다.