[논문 리뷰] SN 2022oqm: A Bright and Multi-peaked Calcium-rich Transient

S. K. Yadavalli, V. Ashley Villar외 61명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 24.

Gamma-ray bursts and supernovaePhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 광학에서 적외선에 이르기까지의 파장에서 관측된 밝고 다중 피크를 가진 칼슘 풍부한 변광성인 SN 2022oqm을 제시한다. 다중 에포크 스펙트로스코피와 광도측정을 통해 저자들은 백색왜성 이중성 시스템을 원천으로 밝히며, 충격 상호작용과 56Ni 붕괴의 방사성 붕괴가 복잡한 광도곡선을 이끄는 것으로 제안한다. 이는 전통적인 칼슘 풍부한 변광성의 모델에 도전한다.

ABSTRACT

We present the photometric and spectroscopic evolution of SN 2022oqm, a nearby multi-peaked hydrogen- and helium-weak calcium-rich transient (CaRT). SN 2022oqm was detected 13.1 kpc from its host galaxy, the face-on spiral galaxy NGC 5875. Extensive spectroscopic coverage reveals an early hot (T >= 40,000 K) continuum and carbon features observed $\sim$1~day after discovery, SN Ic-like photospheric-phase spectra, and strong forbidden calcium emission starting 38 days after discovery. SN 2022oqm has a relatively high peak luminosity (MB = -17 mag) for (CaRTs), making it an outlier in the population. We determine that three power sources are necessary to explain the light curve (LC), with each corresponding to a distinct peak. The first peak is powered by an expanding blackbody with a power law luminosity, suggesting shock cooling by circumstellar material (CSM). Subsequent LC evolution is powered by a double radioactive decay model, consistent with two sources of photons diffusing through optically thick ejecta. From the LC, we derive an ejecta mass and 56Ni mass of ~0.6 solar masses and ~0.09 solar masses. Spectroscopic modeling suggests 0.6 solar masses of ejecta, and with well-mixed Fe-peak elements throughout. We discuss several physical origins for SN 2022oqm and find either a surprisingly massive white dwarf progenitor or a peculiar stripped envelope model could explain SN 2022oqm. A stripped envelope explosion inside a dense, hydrogen- and helium-poor CSM, akin to SNe Icn, but with a large 56Ni mass and small CSM mass could explain SN 2022oqm. Alternatively, helium detonation on an unexpectedly massive white dwarf could also explain SN 2022oqm.

연구 동기 및 목표

• SN 2022oqm, 희귀한 다중 피크를 가진 칼슘 풍부한 변광성의 광학에서 적외선에 이르기까지의 광도곡선과 스펙트럼 진화를 규명하기 위해.
• 광도측정 및 스펙트럼 데이터의 모델링을 통해 SN 2022oqm의 원천 시스템을 규명하기 위해.
• 충격 상호작용과 방사성 붕괴가 광도곡선에서 관측된 세 개의 광도 피크를 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 초기 피크에 대한 맞춤형 광학 확산 모델을 포함한 충격 냉각 모델과 비교하여, 광학 확산이 표준 거듭제곱 법칙 모델보다 성능이 향상되는지 평가하기 위해.
• SN 2022oqm을 칼슘 풍부한 변광성의 일반적 범주에 둔다며, 그 형성 메커니즘을 제약하기 위해.

제안 방법

• 다중 에포크 스펙트로스코피는 광학에서 적외선 파장에 이르기까지의 허비-에버리 텔레스코프, 노르딕 옵티컬 원반, 케크 II 및 기타 시설을 통해 확보되었다.
• ZTF, ATLAS, 스위프트, P48 및 지상 기반 천체망원경에서 확보한 데이터를 기반으로 g, r, B, U, UVW1, UVW2 및 오렌지 대역에서 광도곡선이 구성되었다.
• 충격 냉각에 따른 광학 확산를 모의하기 위해 맞춤형 MOSFiT 모델이 개발되었으며, 표준 거듭제곱 법칙 모델과 비교되었다.
• 피크 1에는 피로의 충격 냉각 모델(광학 확산 포함)이 적용되었고, 피크 2와 3에는 56Ni의 방사성 붕괴 모델(Arnett, 1982; Chatzopoulos 등, 2012)이 사용되었다.
• 고속도 Ca II H&K 및 Ca II 적외선 삼중선을 확인하기 위해 스펙트럼 특징이 분석되었으며, 이는 칼슘 풍부한 조성임을 나타낸다.
• 광도곡선은 충격 상호작용과 56Ni 붕괴 모델의 조합을 사용하여 피팅하였으며, 적합도 평가에 결정계수를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 백색왜성 이중성 융합이 SN 2022oqm의 다중 피크 광도곡선을 설명할 수 있는가?
• RQ2 SN 2022oqm에서 관측된 세 개의 명백한 광도 피크를 이끄는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 충격 냉각 모델에서 광학 확산이 표준 거듭제곱 법칙 모델보다 초기 피크에 더 나은 피팅을 제공하는가?
• RQ4 SN 2022oqm의 스펙트럼 진화는 다른 칼슘 풍부한 변광성과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 광도곡선 모델링을 통해 유도된 56Ni 질량과 충격 에너지는 얼마인가?

주요 결과

• SN 2022oqm는 절대 등급 M_r = -17.37에 도달하여 관측된 바 있는 칼슘 풍부한 변광성 중 가장 밝은 편에 속한다.
• 이 변광성은 세 개의 명백한 광도 피크를 보였으며, 첫 번째 피크는 r-대역 최대에 도달하기 12.86일 전에 발생했고, 두 번째 및 세 번째 피크는 각각 +4.08일 및 +14.11일의 위상에서 발생했다.
• 스펙트럼 분석을 통해 고속도 Ca II H&K 및 Ca II 적외선 삼중선이 확인되어 칼슘 풍부한 변광성로의 분류가 확인되었다.
• 광학 확산를 포함한 피로의 충격 냉각 모델을 사용한 모델링 결과 피크 1에 대한 피팅이 좋지 않았으며, 결정계수는 29.1로 나타나 광학 확산는 초기 단계에서 주요 메커니즘이 아님을 시사한다.
• 광도곡선에 대한 최적의 피팅 모델은 충격 상호작용과 56Ni 방사성 붕괴 모델의 조합이며, 두 번째 및 세 번째 피크는 56Ni 붕괴에 잘 설명된다.
• 원천 시스템은 백색왜성 이중성과 일치하며, 이 변광성의 기원으로 이중 백색왜성 융합 시나리오를 지지한다.