[논문 리뷰] SN 2005bf: A Transition Event Between Type Ib/c Supernovae and Gamma Ray Bursts

G. Folatelli, C. Contreras외 22명|arXiv (Cornell University)|2005. 09. 23.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

SN 2005bf는 질량이 큰 월프레이너(Wolf-Rayet) WN 별의 매우 높은 에너지와 비대칭적인 폭발로 인해 Type Ib/c 초신성와 감마선 파동우주선 사이의 전이 사건으로 제안된다. 초기 고속도의 Type Ic 유사 스펙트럼은 상대론적 극축 제트에서 기인하며, 후기 시기에 느린 운동 성분이 드러나면서 Type Ib 유사 스펙트럼이 나타나, 이는 이의 이중피크 빛의 곡선과 스펙트럼 진화를 설명한다.

ABSTRACT

We present u'g'r'i'BV photometry and optical spectroscopy of the Type Ib/Ic SN 2005bf covering the first ~100 days following discovery. The u'g'BV light curves displayed a double-peaked morphology, which is among Type Ib/Ic supernovae. The bolometric light curve indicates that SN 2005bf was a remarkably luminous event. Spectroscopically, SN 2005bf underwent a unique transformation from a Type Ic-like event at early times to a typical Type Ib supernova at later phases. The initial maximum in u'g'BV was accompanied by the presence in the spectrum of high velocity absorption lines of Fe II, Ca II, and H I. The photospheric velocity derived from spectra at early epochs was unusually low compared with ordinary Type Ib supernovae. We describe one-dimensional computer simulations which attempt to account for these remarkable properties. The most favored model is that of a very energetic (2 x 10^{51} erg), asymmetric explosion of a massive (8.3 M_sun) Wolf-Rayet WN star that had lost most of its hydrogen envelope. We speculate that an unobserved relativistic jet was launched producing a two-component explosion consisting of 1) a polar explosion containing a small fraction of the total mass and moving at high velocity, and 2) the explosion of the rest of the star. At first, only the polar explosion is observed, producing the initial maximum and the high velocity absorption-line spectrum resembling a Type Ic event. At late times, this fast-moving component becomes optically-thin, revealing the slower-moving explosion of the rest of the star and transforming the observed spectrum to that of a typical Type Ib supernova. If this scenario is correct, then SN 2005bf is the best example to date of a transition object between normal Type Ib/Ic supernovae and gamma ray bursts.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 Type Ib/Ic 초신성인 SN 2005bf의 이례적인 광도 및 스펙트럼 진화를 이해하기 위해.
• Type Ic 유사에서 Type Ib 유사 형태로의 스펙트럼 전환과 이중피크 빛의 곡선을 설명하기 위해.
• 초기 단계에서의 고속도 흡수선과 비정상적으로 낮은 광학적 표면 속도의 물리적 메커니즘을 조사하기 위해.
• SN 2005bf가 일반적인 Type Ib/c 초신성와 감마선 파동우주선의 원천 사이의 빈자리 연결 고리인지 여부를 규명하기 위해.
• 상대론적 제트를 포함한 이중성분 폭발 모델이 관측된 빛의 곡선과 스펙트럼 진화를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 발견 후 약 100일 간의 u'g'r'i'BV 광도 측정과 광학 스펙트럼 측정을 통해 빛의 곡선과 스펙트럼 진화를 추적하였다.
• 총 복사 에너지 출력을 정량화하기 위해 볼로메트릭 빛의 곡선을 구성하였다. 이는 놀라운 빛의 강도를 드러냈다.
• 초기 스펙트럼에서 광학 표면 속도를 분석하여, Type Ib/Ic 초신성에 비해 비정상적으로 낮은 속도를 발견하였다.
• 질량이 큰 월프레이너(Wolf-Rayet) WN 별의 폭발 역학을 모델링하기 위해 1차원 유체역학 시뮬레이션을 수행하였다.
• 이중성분 폭발 모델을 탐색: 고속도 극축 제트와 느린, 더 질량이 큰 적도 폭발.
• 극축 성분의 시간에 따른 변화하는 광학적 두께가 관측된 스펙트럼에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2005bf에서 u'g'BV 빛의 곡선이 이중피크를 보이는 이유는 일반적인 Type Ib/Ic 초신성와 어떻게 다를까?
• RQ2 왜 SN 2005bf는 초기 단계에서 Fe II, Ca II, H I의 고속도 흡수선을 보이며 Type Ic 유사 특성을 띄는가?
• RQ3 Type Ic 유사에서 Type Ib 유사 스펙트럼으로의 전환은 물리적으로 어떻게 설명될 수 있는가?
• RQ4 비대칭성과 잠재적인 상대론적 제트가 관측된 빛의 곡선과 스펙트럼 진화에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 상대론적 제트를 포함한 이중성분 폭발 모델이 관측된 빛의 강도와 속도 진화를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• SN 2005bf는 매우 높은 에너지 폭발을 암시하는 볼로메트릭 빛의 강도를 보였으며, 총 에너지 방출은 약 2 × 10^51 erg였다.
• u'g'BV 빛의 곡선의 초기 최대치는 Fe II, Ca II, H I의 고속도 흡수선을 동반하였으며, 이는 Type Ic 유사 스펙트럼의 특징이었다.
• 초기 시점에서의 광학 표면 속도는 일반적인 Type Ib 초신성에 비해 비정상적으로 낮았으며, 이는 복잡한 폭발 기하학을 시사했다.
• 스펙트럼 진화는 초기에는 Type Ic 유사에서 후기에는 Type Ib 유사로의 명확한 전환이 나타나, 관측선 시야의 변화를 시사했다.
• 1차원 시뮬레이션은 8.3 M_sun 월프레이너(Wolf-Rayet) WN 별의 비대칭적이고 에너지가 많은 폭발에 상대론적 제트를 포함한 모델을 선호했다.
• 관측된 진화는 가장 잘 설명되는 이중성분 폭발: 초기에는 빠른 극축 제트가 보이지만, 제트가 광학적으로 얇아지면서 느린 더 질량이 큰 적도 성분이 드러나는 것으로 설명된다.