[논문 리뷰] Photometric observations and preliminary modeling of type IIb supernova 2011dh

D. Yu. Tsvetkov, I. M. Volkov외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 10.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 초신성 SN 2011dh의 300일 이상에 걸친 광도 측정을 포함하며, 13 M⊙ 원형 모델을 사용한 STELLA 코드를 이용한 초기 모델링을 수행한다. 주요 광도 곡선 특징을 재현하는 데 성공했지만, 초기 플래시 광도는 과소평가하고 지속시간은 과대평가하여 관측치와의 일치를 향상시키기 위해 원형 모델 매개변수나 폭발 역학을 보다 정교하게 조정할 필요가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

CCD UBVRI photometry is presented for type IIb SN 2011dh for about 300 days. The main photometric parameters are derived and the comparison with SNe of similar types is reported. The light curves are similar to those for SN IIb 2008ax, but the initial flash is stronger and very short, and there are humps on the light curves in U and B at the onset of linear decline. Preliminary modeling is carried out, and the results are compared to the quasi-bolometric light curve and to the light curves in UBVRI bands.

연구 동기 및 목표

• 폭발 후 약 300일 간의 고주기 UBVRI 광도 곡선을 확보하고 분석한다.
• SN 2011dh의 광도 행동을 다른 Type IIb 초신성, 특히 SN 1993J와 SN 2008ax와 비교하여 광도 곡선과 색깔 변화의 다양성을 평가한다.
• 13 M⊙ 원형 모델을 사용하여 STELLA 코드로 준볼로메트릭 및 UBVRI 광도 곡선을 모델링하여 폭발 매개변수를 제약한다.
• 폭발 에너지, 낙폭 질량, 반지름을 변화시켰을 때 합성 광도 곡선에 미치는 영향을 평가하고 모델의 관측치에 대한 적합도를 평가한다.

제안 방법

• 2011년 6월부터 2012년 4월까지 6개의 관측소에서 C19, S15, S60, C60, M70, K60, K100a 등 다양한 망원경을 사용해 CCD UBVRI 광도 측정을 수행했다.
• IRAF를 사용해 이미지 차감 및 PSF 피팅 광도 측정을 수행했으며, Pastorello 등(2009)의 표준 항성 자료를 활용해 보정을 실시했다.
• U, B, V, R, I 대역의 복사율을 통합하여 준볼로메트릭 광도 곡선을 구성하였으며, 누락된 데이터는 색깔 곡선을 이용해 보간하였다.
• 시간에 따라 변화하는 다중 그룹 비평형 복사전달과 암시적 유체역학을 결합한 STELLA 코드를 사용했다.
• 고정된 ⁵⁶Ni 질량(0.07 M⊙)을 가진 13 M⊙ 원형 모델(woosley 등, 1994, 모델 13C)의 6가지 변형을 테스트하여 반지름, 질량, 폭발 에너지를 변화시켰다.
• 모델에서 유도된 합성 광도 곡선을 관측된 UBVRI 및 준볼로메트릭 광도 곡선과 비교하여 모델 성능을 평가했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2011dh의 광도 곡선과 색깔 변화는 SN 1993J와 SN 2008ax와 같은 다른 Type IIb 초신성과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 SN 2011dh의 주요 광도 특성, 특히 강력하고 짧은 초기 플래시와 U 및 B 대역에서의 후속 힙스의 성격은 무엇인가?
• RQ3 다양한 폭발 매개변수를 가진 13 M⊙ 원형 모델이 관측된 준볼로메트릭 및 UBVRI 광도 곡선을 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ4 왜 합성 광도 곡선은 관측된 초기 플래시의 광도와 지속시간을 정확히 재현하지 못하는가? 어떤 모델 조정이 일치도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 관측된 광도 곡선과 색깔 변화는 SN 2011dh의 원형 반지름, 폭발 에너지, 낙폭 질량에 대해 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• SN 2011dh는 U 및 B 대역에서 강력하고 매우 짧은 초기 플래시를 보였으며, V 대역에서의 피크 등급은 약 13.5 mag로, 일자 0일(JD 2455712.9)에 관측되었다. 이후 U 및 B 대역에서 힙스를 보이며 선형 감소했다.
• 준볼로메트릭 광도 곡선은 약 13.0 mag에서 주피크를 보이며, 절대 V 대역 피크 등급은 -17.16 mag로, SN 2002ap(Ic)와 유사한 밝기이며 SN 1996cb(IIb)보다 더 밝았다.
• 색깔 변화는 K점에 도달할 때까지 급격히 빨라지다가 블루링을 보였으며, SN 1993J와 SN 2008ax보다 B-V 및 V-R이 뚜렷하게 빨간색이었지만, U-B 및 R-I 색깔은 SN 2008ax와 가장 유사했다.
• 모델 3(R=300 R⊙, M=2.24 M⊙, E=2.0×10⁵¹ erg)과 모델 6(R=300 R⊙, M=4.24 M⊙, E=2.0×10⁵¹ erg)가 V 및 R 대역의 주피크를 가장 잘 재현했지만, 짧고 밝은 초기 플래시는 재현하지 못했다.
• 원형 반지름을 줄이면 플래시 지속시간은 짧아지지만 피크 광도는 감소하고, 폭발 에너지를 증가시키면(예: 모델 5) 초기 단계에서의 일치도가 악화된다.
• 전반적으로 모델들은 광도 곡선의 넓은 형태와 후기 진화를 재현하지만, 초기 플래시에서 체계적인 오차가 존재하여 현재의 원형 모델 가정이나 입력 매개변수에 한계가 있음을 시사한다.