[논문 리뷰] The stellar-wind envelope around the supernova XRF/GRB060218/SN2006aj massive progenitor star

Э. Сонбас, А. С. Москвитин외 9명|ArXiv.org|2008. 05. 17.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 XRF/GRB 060218와 관련된 Type Ic 초신성 SN 2006aj의 초기 광학 스펙트럼에서 수소 방출 특징—특히 Hα P Cygni 프로파일—최초로 검출한 바 있다. BTA 망원경을 사용하고 Sobolev 근사에서 SYNOW 코드를 활용한 모델링을 통해, 질량이 큰 원형 항성의 별풍개를 확인하였으며, 밀도 높은 풍압과의 충격 붕괴 상호작용에 대한 직접적인 증거를 제공하였고, 33,000 km/s와 24,000 km/s의 블루시프트 속도에서 관측된 스펙트럼 특징을 통해 원형 항성의 외부 층에서 수소 존재를 확인하였다.

ABSTRACT

In BTA spectra of the supernova SN2006aj, identified with the X-ray flash (XRF) and gamma-ray burst XRF/GRB060218/SN2006aj, we detected details interpreted as hydrogen lines, which is a sign of stellar-wind envelope around a massive progenitor star of the gamma-ray burst. Results of modeling two early spectra obtained with the BTA in 2.55 and 3.55 days after the explosion of Type Ic supernova SN2006aj (z=0.0331) are presented. The spectra were modeled in the Sobolev approximation with the SYNOW code (Branch et al. 2001; Elmhamdi et al. 2006). In the spectra of the optical afterglow of the X-ray flash XRF/GRB060218 we detected spectral features interpreted as (1) the H_alpha PCyg profile for the velocity 33000 km s$^{-1}$ -- a wide and almost unnoticeable deformation of continuum in the range of $\simeq5600 - 6600Å$ for the first epoch (2.55 days) and (2) a part (``remnant'') of the H_alpha PCyg profile in absorption blueshifted by 24000 km s$^{-1}$ -- a wide spectral feature with a minimum at $\simeq6100Å$ (the rest wavelength) for the second epoch (3.55 days). Taking into consideration early BTA observations and spectra obtained with other telescopes (ESO Lick, ESO VLT, NOT) before 2006 Feb. 23 UT, it can be said that we observe evolution of optical spectra of Type Ic core-collapse supernova SN 2006aj during {\it transition} from the short phase related to the shock breakout to outer layers of the stellar-wind envelope to spectra of the phase of increasing brightness corresponding to radioactive heating. Signs of hydrogen in spectra of the gamma-ray burst afterglow were detected for the first time.

연구 동기 및 목표

• XRF/GRB 060218/SN 2006aj의 초기 광학 후광의 성격을 조사하고, 질량이 큰 원형 항성 주변에 별풍개가 존재하는지 여부를 규명한다.
• 폭발 이후 수일 내 스펙트럼 특징의 진화를 분석하여 충격 붕괴 단계에서 방사능 가열 단계로의 전이 과정을 이해한다.
• XRF 060218에서 관측된 열적 X선 및 자외선 방출이 밀도 높은 별풍개와의 충격 상호작용으로 인한 것인지 검증한다.
• 스펙트럼 모델링을 통해 원형 항성의 외부 층에서 수소 존재를 확인함으로써, 일반적으로 수소가 없는 것으로 간주되는 Type Ic SNe의 기존 분류에 도전한다.

제안 방법

• 폭발 후 2.55일차와 3.55일차에 BTA 6m 망원경을 사용해 SN 2006aj의 초기 광학 스펙트럼을 확보하였다.
• 구형 대칭, 확장하는, 광학적으로 두꺼운 풍압을 가정하고, Sobolev 근사에서 SYNOW 코드를 적용하여 관측된 스펙트럼을 모델링하였다.
• 스펙트럼 특징을 수소 Hα 선의 P Cygni 프로파일로 식별하였으며, 이는 방출 성분과 흡수 골짜기를 특징으로 한다.
• 흡수 특징의 속도 이동과 깊이를 이용해 별풍개의 존재 및 운동학적 특성을 추론하였다.
• ESO, Lick, VLT, NOT 망원경의 이전 관측 결과와 비교하여 스펙트럼 진화를 수립하였다.
• 유사한 SYNOW 프레임워크를 사용해 수소가 검출된 다른 Type Ic SNe의 스펙트럼 모델링 결과와 비교함으로써 연구 결과의 타당성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2006aj의 초기 광학 스펙트럼은 질량이 큰 원형 항성 주변에 별풍개가 존재함을 시사하는 수소 증거를 보여주는가?
• RQ2 폭발 이후 수일 내 Hα P Cygni 프로파일의 운동학적 및 형태학적 진화는 어떠한가?
• RQ3 XRF 060218에서 관측된 열적 X선 및 자외선 방출은 밀도 높은 별풍개와의 충격 붕괴로 설명될 수 있는가?
• RQ4 Type Ic 초신성에서 수소 존재는 핵붕괴 초신성 및 GRB 원형 항성 모델의 현재 이해에 어떤 영향을 주는가 또는 이를 보완하는가?
• RQ5 SN 2006aj의 초기 스펙트럼 특징은 별풍개에 둘러싸인 거대 항성에서의 충격 붕괴 모델을 어느 정도 지지하는가?

주요 결과

• GRB/XRF와 관련된 Type Ic 초신성의 초기 광학 스펙트럼에서 수소 선—특히 Hα P Cygni 프로파일—최초로 검출되었다.
• 폭발 후 2.55일차에, 약 33,000 km/s에서 넓은 Hα 방출 특징이 P Cygni 프로파일로 관측되어 고속으로 움직이는 밀도 높은 풍압에서 기인함을 시사하였다.
• 3.55일차에는 여전히 약 24,000 km/s의 블루시프트 흡수 성분이 남아 있었으며, 이는 P Cygni 프로파일의 '잔류물'로 해석되어 풍압과의 지속적인 상호작용을 시사하였다.
• 스펙트럼 특징은 Sobolev 근사에서 SYNOW 코드를 사용해 모델링되었으며, 원형 항성 주변에 밀도 높고 확장하는 별풍개의 존재를 확인하였다.
• 연구 결과는 충격 붕괴 모델을 지지하며, 초신성 충격파가 사전 존재하는 풍압과 상호작용함으로써 관측된 X선 플래시와 이어지는 자외선 폭발을 설명할 수 있음을 시사한다.
• 본 연구는 GRB 연관 Type Ic 초신성의 외부 층에서 수소 존재에 대한 첫 번째 직접적인 분광학적 증거를 제공하였으며, 이러한 원형 항성에서 수소가 완전히 소실된 것으로 간주되는 가정에 도전한다.