[논문 리뷰] POLARIZED LINE PROFILES AS DIAGNOSTICS OF CIRCUMSTELLAR GEOMETRY IN TYPE IIN SUPERNOVAE

Jennifer L. Homan|arXiv (Cornell University)|2007. 01. 01.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 산발성 물질의 복잡한 기하학적 구조, 산란, 흡수, 열복사 등을 고려하여 타입 IIn 초신성에서 편광된 Hα 선형태를 시뮬레이션하기 위해 몬테카를로 복사전달 코드를 개발한다. 연구 결과, 휠라스트 파장에서 좁은 편광된 방출 특징을 재현하기 위해 광학적 표면과 산발성 껍질 사이의 충격 영역이 필수적임을 밝혀내었으며, 이는 산발성 물질의 구조와 운동학을 진단하기 위한 새로운 방법을 제공한다.

ABSTRACT

Supernovae of Type IIn possess spectral signatures that indicate an intense interaction between the supernova ejecta and surrounding dense circumstellar material cast o by the star in pre-explosion mass-loss episodes. Studying this interaction can yield clues to the nature of Type IIn progenitors and their mass loss history. In particular, polarization spectra of Type IIn’s show complex line polarization and position angle features that arise from a combination of geometrical and optical eects. I have constructed a Monte Carlo code that simulates the transfer of the H line through circumstellar shells with various geometrical congurations and optical characteristics. The superposition of broad and narrow line components produced in dieren t regions of the circumstellar environment and modied by electron and line scattering, hydrogen absorption, thermal emission, and geometrical and viewing angle eects gives rise to a variety of polarized line shapes in the model spectra. Comparison of these results with recent high-quality spectropolarimetric observations of Type IIn supernovae suggests that a model \shock region between the supernova photosphere and the circumstellar shell is necessary to produce the narrow polarized emission features at the rest wavelength of H seen in some IIn’s. Further model results point toward other features in the polarized line prole that can be used to constrain the characteristics of the circumstellar material in these intriguing objects. The code’s usefulness will be extended by the treatment of Doppler eects due to expansion of the circumstellar scattering region, such as those that characterize the polarized H proles of the Type IIn SN 1997eg.

연구 동기 및 목표

• 산발성 물질과의 상호작용으로 인해 발생하는 타입 IIn 초신성의 복잡한 편광된 선형태의 기원을 이해하기 위해.
• 비대칭적인 산란과 관측 각도에 따라 달라지는 편광 특징을 보여주는 스펙트로편광 관측 결과를 해석하는 데 도전하는 데 목적이 있다.
• 관측된 편광된 선형태와 산발성 껍질의 기하학적 구조와 광학적 성질을 연결하는 물리적으로 타당한 모델을 개발하기 위해.
• 타입 IIn 초신성의 원형 산발성 물질의 구조와 운동학을 제약하는 데 사용할 수 있는 편광선형태의 특정 특징을 규명하기 위해.

제안 방법

• 다양한 기하학적 구조와 광학적 성질을 가진 산발성 껍질을 통해 Hα 광자를 통과시키는 몬테카를로 복사전달 코드를 개발하였다.
• 전자 산란, 선산란, 수소 흡수, 열복사, 관측 각도 및 비대칭성과 같은 기하학적 효과를 포함하였다.
• 산발성 환경의 다양한 영역에서 기인하는 넓은 선형태와 좁은 선형태 성분의 중첩을 계산하여 관측된 선형태를 재현하였다.
• 특히 SN 1997eg와 관련하여 산란 영역의 팽창으로 인한 도플러 이동을 코드에 통합하였다.
• 고품질의 타입 IIn 초신성 스펙트로편광 관측 결과와 모델 스펙트럼을 비교하여 일관성 여부를 검증하고 매개변수를 제약하였다.
• 특히 Hα 휠라스트 파장에서 관측된 좁은 편광 성분을 재현하기 위해 모델을 반복적으로 조정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 산발성 기하학적 구조가 일부 타입 IIn 초신성에서 관측된 좁은 편광된 Hα 방출 특징을 재현하는 데 필요한가?
• RQ2 비대칭적인 산발성 환경에서 전자 산란과 선산란, 흡수 과정이 Hα 선의 편광에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측 각도와 껍질 기하학이 관측된 선형태와 편광 위치각 특징에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 광학적 표면과 산발성 껍질 사이의 충격 영역 존재가 관측된 Hα에서의 좁은 편광 방출을 설명할 수 있는가?
• RQ5 편광선형태에서 어떤 특정 특징이 산발성 물질의 운동학과 밀도 구조를 제약하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 일부 타입 IIn 초신성에서 Hα 휠라스트 파장에서 관측된 좁은 편광 방출 특징을 재현하기 위해 초신성 광학적 표면과 산발성 껍질 사이의 충격 영역이 필수적이다.
• 산란, 흡수, 열복사, 기하학적 비대칭성의 복합적 영향을 통해 모델은 복잡한 편광선형태를 성공적으로 재현한다.
• 선형태의 편광 특징은 관측 각도와 산란 물질의 공간 분포에 민감하게 반응하므로 산발성 기하학을 진단하는 데 유용한 도구가 된다.
• 모델은 팽창하는 산발성 껍질로 인한 도플러 이동이 Hα 선형태의 형태와 편광에 상당한 영향을 미친다고 예측하며, 특히 SN 1997eg와 같은 천체에서 중요하다.
• 편광선형태의 특정 특징—예를 들어 편광 강도 감소의 깊이와 너비—는 산발성 물질의 밀도 및 운동학을 제약하는 데 사용될 수 있다.
• 도플러 효과를 고려한 코드의 확장은 고해상도 스펙트로편광 데이터와의 일치 능력을 향상시켜 향후 관측 결과와의 비교에 있어 더 큰 유용성을 제공한다.