[논문 리뷰] Spectropolarimetry of the Type Ia SN 2019ein rules out significant global asphericity of the ejecta

Kishore C. Patra, Yi Yang외 13명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 98인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 고속도 Type Ia 초신성 SN 2019ein에 대한 다중 시기 스펙트로폴라리메트리 결과를 제시하며, 연속 스펙트럼의 낮은 폴라리제이션(0.0–0.3%)과 일관된 폴라리제이션 위치각을 확인하여, 거의 구형에 가까운 폭발 물질 대칭성을 시사한다. Si ii λ6355 및 Ca ii NIR3 특징에서 관측된 고선 폴라리제이션(~1%)은 광도 최고점 이후 약 한 달간 지속되며, 이는 폭발 후 약 한 달간의 전반적인 비대칭성은 없음을 시사하고, 융합 유도 및 双격발 폭발 원천 모델을 배제한다.

ABSTRACT

Detailed spectropolarimetric studies may hold the key to probing the explosion mechanisms and the progenitor scenarios of Type Ia supernovae (SNe Ia). We present multi-epoch spectropolarimetry and imaging polarimetry of SN 2019ein, an SN Ia showing high expansion velocities at early phases. The spectropolarimetry sequence spans from ∼-11 to +10 d relative to peak brightness in the B band. We find that the level of the continuum polarization of SN 2019ein, after subtracting estimated interstellar polarization, is in the range 0.0-0.3 per cent, typical for SNe Ia. The polarization position angle remains roughly constant before and after the SN light-curve peak, implying that the inner regions share the same axisymmetry as the outer layers. We observe high polarization (∼1 per cent) across both the Si ii λ6355 and Ca ii near-infrared triplet features. These two lines also display complex polarization modulations. The spectropolarimetric properties of SN 2019ein rule out a significant departure from spherical symmetry of the ejecta for up to a month after the explosion. These observations disfavour merger-induced and double-detonation models for SN 2019ein. The imaging polarimetry shows weak evidence for a modest increase in polarization after ∼20 d since the B-band maximum. If this rise is real and is observed in other SNe Ia at similar phases, we may have seen, for the first time, an aspherical interior similar to what has been previously observed for SNe IIP. Future polarization observations of SNe Ia extending to post-peak epochs will help to examine the inner structure of the explosion.

연구 동기 및 목표

• SN 2019ein, 즉 고속도 Type Ia 초신성의 폭발 기하학 및 원천 시나리오를 탐구하기 위해.
• 스펙트로폴라리메트리 서명을 이용하여 폭발 물질에 상당한 전반적 비대칭성이 존재하는지 테스트하기 위해.
• 특히 광도 최고점 및 이후 단계에서 폭발 물질 전반의 폴라리제이션 변화를 분석하기 위해.
• 이중 밀도, 단일 밀도, 이중 격발 등 경쟁하는 원천 모델들—특히 폴라리제이션 제약 조건을 바탕으로 그 타당성을 평가하기 위해.
• 후기 폭발 단계에서 비대칭 내부 구조가 나타나는지 조사하기 위해, 이는 이온화 상태 전이와 관련이 있을 수 있다.

제안 방법

• B-대역 광도 최고점 기준으로 −10.9일에서 +10.1일까지 다중 시기 스펙트로폴라리메트리 측정을 수행하였다.
• 먼지 모델을 사용하여 간성간 폴라리제이션 보정을 거친 후 스펙트럼 전반에 걸쳐 연속 및 선 폴라리제이션을 측정하였다.
• 피크 이후 단계에서의 폴라리제이션 변화를 추적하기 위해 RINGO3 기구의 이미지 폴라리메트리 데이터를 활용하였다.
• 폭발 물질의 축대칭성 추론을 위해 폴라리제이션 위치각의 안정성을 분석하였다.
• 지연 폭발 및 실패한 빛발 현상 시나리오를 포함한 이론적 모델과 관측된 폴라리제이션 프로파일을 비교 분석하였다.
• RINGO3 데이터의 체계적 불확실성 고려 하에 약 +21일경에 관측된 후기 폭발 단계에서의 폴라리제이션 상승 현상의 의미를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2019ein의 폭발 물질에 상당한 전반적 비대칭성이 연속 스펙트럼 폴라리제이션을 통해 나타나는가?
• RQ2 Si ii λ6355 및 Ca ii NIR3의 고속도 특징은 비대칭적 방출 또는 산란 기하학과 일치하는가?
• RQ3 폴라리제이션 위치각은 시간이 지남에 따라 안정적인가, 즉 지속적인 대칭축을 나타내는가?
• RQ4 약 +21일경에 관측된 후기 폭발 단계에서의 폴라리제이션 상승은 내부 비대칭 물질 성분을 나타내는 진정한 특성인가?
• RQ5 융합 유도, 이중 격발, 지연 폭발 등 원천 모델 중에서 관측된 폴라리제이션 서명과 일치하는 것은 무엇인가?

주요 결과

• SN 2019ein의 연속 스펙트럼 폴라리제이션은 폭발 후 첫 달 동안 항상 0.0–0.3%로 낮아 거의 구형의 폭발 물질 대칭성을 시사한다.
• 광도 최고점 이전 및 이후 동안 폴라리제이션 위치각이 안정되어 있어 외부에서 내부 폭발 물질 층까지 지속적인 축대칭적 기하학을 나타낸다.
• 광도 최고점에서 Si ii λ6355 및 Ca ii NIR3 특징에서 약 1%의 고선 폴라리제이션을 관측하여 고속도 폭발 물질의 局부 비대칭성을 시사한다.
• 관측된 폴라리제이션 서명은 폭발 후 약 한 달간 폭발 물질의 전반적 대칭성에서의 상당한 이탈을 배제한다.
• 약 +21일경에 관측된 후기 폭발 단계에서의 폴라리제이션 상승은 체계적 불확실성의 영향을 받을 수 있으나, Fe iii가 Fe ii로 재결합함에 따라 비대칭적인 중심 에너지원을 더 깊이 들여다보는 데 기여할 수 있다.
• 낮은 연속 스펙트럼 폴라리제이션과 높은 선 폴라리제이션의 조합은 실패한 빛발 폭발 모델과 일치하며, 이는 점화 측면에서의 시야각이 θ ≈ 0°(즉, 점화 측면에서의 관측)에 가까운 것을 지지한다.