[논문 리뷰] Photometric observations and modeling of type IIb supernova 2008ax

D. Yu. Tsvetkov, I. M. Volkov외 3명|ArXiv.org|2009. 10. 22.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 13 M⊙ 원성성성에서 기인한 수축된 수소 외곽을 가진 320일간의 타입 IIb 초신성 SN 2008ax에 대한 광학적 관측을 광범위하게 수행하고, STELLA 코드를 사용하여 유체역학 모델을 기반으로 빛의 곡선을 모델링한다. 모델은 관측된 최대 밝기와 빛의 곡선 형태를 잘 재현하며, 특히 V 대역에서 뛰어난 일치를 보인다. 그러나 초기 시기 및 U/B 대역에서의 불일치는 향후 보완의 여지를 시사하며, SN 2008ax가 절대 V-대역 최대 밝기가 -17.45 mag인 일반적인 타입 IIb 초신성임을 확인한다.

ABSTRACT

CCD UBVRI photometry is presented for type IIb SN 2008ax for about 320 days. The photometric behavior is typical for core-collapse SNe with low amount of hydrogen. The main photometric parameters are derived and the comparison with SNe of similar types is reported. Preliminary modeling is carried out, and the results are compared to the observed light curves. The main parameters of the hydrodynamical models are close to those used for SN IIb 1993J.

연구 동기 및 목표

• 초신성 폭발 후 320일간의 고주기 UBVRI 광학적 빛의 곡선을 확보하고 분석한다.
• SN 2008ax의 광학적 행동을 다른 타입 IIb, Ib, Ic 초신성과 비교하여 이들이 클래스 내에서 일반적인지 평가한다.
• 13 M⊙ 원성성성에서 기인한 수소 외곽을 상실한 유체역학 모델을 기반으로 관측된 빛의 곡선을 STELLA 코드로 모델링한다.
• 56Ni 질량, 폭발 에너지, 원성성성 반지름 등의 모델 매개변수들이 1993J와 같은 잘 알려진 초신성들과 일치하는지 평가한다.
• 빛의 곡선 변화, 특히 UV 저하와 색 변화의 의미를 원성성성 진화 및 폭발 메커니즘 측면에서 탐구한다.

제안 방법

• 슬로바키아, 러시아, 미국의 관측소에 위치한 50–100 cm 망원경을 사용하여 CCD UBVRI 광학적 관측을 수행하였으며, 이 중 2m Faulkes Telescope North도 포함된다.
• 강한 비균일한 은하 배경으로 인해, 기존 ING 이미지를 기반으로 이미지 차감 기법을 적용하였다.
• UBVRI 대역에서 보정된 밝기 값을 가진 국지 표준성성성 시퀀스를 기준으로 PSF 피팅 광학적 관측을 수행하였다.
• 광학적 데이터는 P08 및 R09 데이터와 교차 검증되었으며, 필터 일관성을 확보하기 위해 Sloan에서 Johnson-Cousins로의 변환을 적용하였다.
• 빛의 곡선은 은하수역학적 모델을 결합한 시간에 따라 변화하는 다중 그룹 비평형 복사전달을 고려한 STELLA 코드를 사용하여 모델링되었다.
• 총 질량 3.8 M⊙, 반지름 600 R⊙, 56Ni 질량 0.11 M⊙, 폭발 에너지 1.5×10⁵¹ erg를 가진 유체역학 모델(1994년 Woosley 등의 Model 13C)을 사용하여 합성 빛의 곡선을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2008ax의 광학적 진화는 빛의 곡선 형태, 최대 밝기, 색 변화 측면에서 다른 타입 IIb 초신성과 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 수소 외곽을 상실한 13 M⊙ 원성성성에서 기인한 유체역학 모델이 SN 2008ax의 관측된 UBVRI 빛의 곡선을 어느 정도 잘 재현하는가?
• RQ3 SN 2008ax의 주요 광학적 매개변수(예: 최대 밝기, 감쇠율, 색 변화)는 무엇이며, SN 1993J와 SN 2002ap와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ4 왜 관측된 초기 시기의 빛의 곡선과 모델링된 결과 사이에 불일치가 발생하는가, 특히 U 및 B 대역에서?
• RQ5 UV 저하와 그 후 빛의 곡선 상승은 원성성성의 구조나 폭발 메커니즘에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• SN 2008ax는 절대 V-대역 최대 밝기 -17.45 mag에 도달하여 일반적인 타입 IIb 초신성의 밝기 수준에 속하며, SN 1993J와 SN 1999ex보다 略적으로 어두운 편이나 SN 2002ap와 유사하다.
• 모델 빛의 곡선은 관측된 V-대역 최대 밝기와 형태를 매우 잘 재현하며, V 대역에서 가장 뛰어난 일치를 보이고 R 및 I 대역에서도 합리적인 일치를 보인다.
• 계산된 초기 시기의 U 및 B 대역 최대 밝기는 관측된 값보다 더 밝게 나타나 초기 진화에서의 불일치를 시사하며, 이는 모델 가정이나 투과율 효과의 문제일 수 있다.
• 색 변화는 최대 밝기 이후 급격한 적색화를 보이며, 약 100일 후 B-V 및 V-R은 거의 일정해지고 R-I는 약간의 적색화만 보이며, 이는 최대 밝기 이후 안정된 단계임을 나타낸다.
• U 대역 빛의 곡선은 저하 후 상승을 보이며, SN 1993J와 유사한 경향을 보여, 폭발 물질 내 수소 및 헬륨의 재결합과 관련된 공통된 물리적 메커니즘을 시사한다.
• P08 및 R09 데이터와의 비교에서 R 및 I 대역에서는 양호한 일치를 보였고, U 및 B 대역에서의 중간 정도의 차이는 Sloan에서 Johnson-Cousins 체계로의 필터 변환 오류에서 기인한 것으로 보인다.