[논문 리뷰] Photometry and spectroscopy of SN 2015bh in the galaxy NGC 2770

V. P. Goranskij, E. A. Barsukova외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 02.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 NGC 2770의 초신성 SN 2015bh의 광도 및 스펙트럼 관측을 제시하며, 루미노스 레드 노바가 실패한 사례로, 밝은 파랑 변성(LBV) 원반의 이중성 시스템에서의 핵붕괴로 인한 것으로 규명된다. 이 사건은 두 단계로 나뉘며, 첫 번째 단계는 2015a의 가짜 초신성 폭발로 Fe II 및 발머 선이 관측되었고, 두 번째 단계는 SN IIL 유사한 광도 곡선과 절대 등급 M_V = –18.14 ± 0.30을 보이는 2015b 초신성 단계로, 핵붕괴 초신성의 특징을 보인다.

ABSTRACT

We present medium-resolution spectroscopy and multicolor photometry for the optical transient PSN J09093496+3307204 (SN 2015bh) in the galaxy NGC 2770, which has transferred into the supernova phase. The observations were carried out between February 2015 to May 2016. Both at the phase of the SN impostor (2015a) and at the supernova phase (2015b), besides Balmer emissions, the strong Fe II emissions are seen in the spectrum; so, these spectra resemble those of Williams Fe II type classical novae. The star is located near the edge of a dark nebula and notably absorbed (Av = 1.14 +/-0.15 mag). Taking into account this absorption, we determined maximum absolute magnitudes of Mv = -15.0 +/-0.3 mag at the 2015a phase and of Mv = -18.14 +/-0.30 mag at the 2015b phase. The light curve at the 2015b phase is similar to those of SN IIL. The supernova progenitor is a luminous blue variable (LBV) star with the powerful Hα emission. We considered several hypotheses of supernovae explosions following optical transients related with LBV. The hypothesis of core collapse of an evolved massive star interrupting the process of its merging with massive companion in a binary system (a failed luminous red nova) was chosen as the preferable one for this event.

연구 동기 및 목표

• SN 2015bh의 광도 및 스펙트럼 변화를 NGC 2770의 천체 변동 현상으로서 두 개의 명확한 단계 동안 특성화하기.
• 원반의 성질과 이중단계 폭발의 물리적 메커니즘을 규명하기.
• 다양한 가설, 즉 실패한 루미노스 레드 노바, PPI 유도 붕괴, 이중성 융합 시나리오 등을 비교하여 이 변동 현상의 기원을 테스트하기.
• 주변 가스와 충격파 역학이 관측된 광도 곡선과 스펙트럼 특징을 어떻게 형성하는지 평가하기.

제안 방법

• BTA/SCORPIO, SAO RAS, SAI MSU, Simeiz 관측소 등 여러 천체망원경을 이용해 Johnson UBV 및 Cousins RI 필터에서 다색 광도 측정을 수행함.
• 10.4m GTC 망원경 및 기타 시설을 통해 중해상도 스펙트럼 측정을 실시하여 2015a(가짜 초신성)에서 2015b(초신성 단계)로의 스펙트럼 변화를 관측함.
• 어둠침 빛무리 근처에 위치하고 스펙트럼 특징을 고려해 A_V = 14.1 ± 1.5 mag로 추정된 흡수 보정을 적용함.
• 광도 곡선을 표준 SN IIL 템플릿과 비교하고 감쇠율을 분석하여 ⁵⁶Co 붕괴가 주요 에너지원임을 추론함.
• P Cygni 프로파일, Fe II 방출선, 고속 성분 등 스펙트럼 특징을 활용해 분출 물질의 속도와 비대칭성을 추정함.
• 역학적 모델링과 충격파 전파를 고려하여 실패한 루미노스 레드 노바 가설을 평가하였으며, 특히 공동대두의 팽창이 핵붕괴로 인해 차단된 경우를 중심으로 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2015bh에서 관측된 이중단계 폭발, 즉 예비 폭발 이후 초신성 폭발의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ2 주로 Fe II 및 발머 방출선으로 구성된 관측 스펙트럼은 전통적인 초신성과 알려진 초신성 유형과 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ3 주변 가스와 충격파 전파가 광도 곡선과 스펙트럼 진화에 미치는 역할은 무엇인가?
• RQ4 원반의 성질이 LBV임에도 불구하고 광도 곡선이 SN IIL과 유사한 이유는 무엇이며, 이는 폭발 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?
• RQ5 이 사건은 대질량 이중성 시스템에서의 실패한 루미노스 레드 노바 시나리오로 가장 잘 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 변동 현상인 SN 2015bh는 두 개의 명확한 단계를 보였다: 강한 Fe II 및 발머 방출선을 보인 2015a 가짜 초신성 단계와, SN IIL 유사 광도 곡선을 보인 2015b 초신성 단계.
• 흡수 보정(A_V = 14.1 ± 1.5 mag) 후 2015b 단계에서 최고점의 절대 등급은 M_V = –18.14 ± 0.30에 도달함.
• 두 단계 모두 강한 Fe II 및 발머 방출선을 보였으며, Williams의 Fe II 유형 고전적 초신성과 유사했고, 비대칭적인 Hα 프로파일과 Hβ에서 최대 18,000 km s⁻¹의 고속 성분을 보였음.
• 스펙트럼 선에서의 흡수 성분은 확장된 주변 가스와의 상호작용을 나타내며, 이는 초신성 폭발의 복사압에 의해 가속된 것으로 추정됨.
• 광도 곡선의 제2 감쇠율은 ⁵⁶Co 붕괴에 의한 에너지 공급과 일치하여 핵붕괴 기원을 지지함.
• 가장 타당한 설명은 실패한 루미노스 레드 노바이다: 대질량 이중성 시스템에서의 별의 핵붕괴가 융합 과정을 방해하여 공동대두의 완전한 탈출을 방지함.