[논문 리뷰] The type Iax supernova, SN 2015H: a white dwarf deflagration candidate

M. Magee, R. Kotak외 23명|ePrints Soton (University of Southampton)|2016. 03. 15.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 63인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 초신성 SN 2015H의 종류 Iax에 대해 폭발 후 1일 만에 시작된 종합적인 관측 캠프를 제시하며, 이는 백색왜성의 약한 폭발로, 탈출 질량 ≲0.6 M⊙와 0.07 M⊙의 56Ni를 포함한다. 카운드라세카르 질량의 백색왜성 폭발에 대한 합성 모델이 데이터와 가장 잘 일치하며, 이는 불완전한 파손과 유한한 잔여물이 존재함을 시사하며, 종류 Iax가 불완전한 연소를 동반한 저광도 열핵폭발의 독립된 종류임을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We present results based on observations of SN 2015H which belongs to the small group of objects similar to SN 2002cx, otherwise known as type Iax supernovae. The availability of deep pre-explosion imaging allowed us to place tight constraints on the explosion epoch. Our observational campaign began approximately one day post-explosion, and extended over a period of about 150 days post maximum light, making it one of the best observed objects of this class to date. We find a peak magnitude of M$_r$ = -17.27 $\pm$ 0.07, and a ($Δm_{15})_r$ = 0.69 $\pm$ 0.04. Comparing our observations to synthetic spectra generated from simulations of deflagrations of Chandrasekhar mass carbon-oxygen white dwarfs, we find reasonable agreement with models of weak deflagrations that result in the ejection of ~0.2 M$_{\odot}$ of material containing ~0.07 M$_{\odot}$ of 56Ni. The model light curve however, evolves more rapidly than observations, suggesting that a higher ejecta mass is to be favoured. Nevertheless, empirical modelling of the pseudo-bolometric light curve suggests that $\lesssim$0.6 M_sun of material was ejected, implying that the white dwarf is not completely disrupted, and that a bound remnant is a likely outcome.

연구 동기 및 목표

• 초기 및 깊은 다중 파장 관측을 통해 희귀한 종류 Iax 초신성인 SN 2015H의 폭발 특성을 규명하기 위해.
• 빛의 변화와 스펙트럼을 유체역학 시뮬레이션과 비교하여 원형 백색왜성 질량과 폭발 에너지를 제약하기 위해.
• 다른 종류 Iax 초신성들과 마찬가지로 SN 2015H가 카운드라세카르 질량의 탄소-산소 백색왜성의 약한 폭발로 발생했는지 확인하기 위해.
• empirical 빛의 변화 곡선 모델링을 통해 종류 Iax 초신성들이 불완전한 열핵폭발과 유한한 잔여물이 존재하는지를 시험하기 위해.
• 초기 빛이 밝아지는 종류 Iax 초신성인 SN 2015H를 잘 관측한 사례를 통해 저광도 SNe Ia의 폭발 메커니즘과 원천 시스템에 대한 이해를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 폭발 후 약 1일 만에 시작된 리버풀 망원경, LCOGT 1m 네트워크 및 기타 시설을 이용한 다중 에포크 광학 및 적외선 광도 캠프를 수행하였다.
• 다양한 망원경에서 EFOSC2, SOFI, OSIRIS를 사용하여 고주기 스펙트럼 측정을 수행하여 스펙트럼의 진화와 이온화 상태를 추적하였다.
• 다양한 탈출 질량과 56Ni 수확량을 가진 백색왜성 폭발의 유체역학 시뮬레이션을 사용하여 합성 스펙트럼과 빛의 변화 곡선을 생성하였다.
• 전체 방출 에너지와 탈출 질량을 추정하기 위해 의사-볼로메트릭 빛의 변화 곡선에 대한 경험적 모델링을 수행하였다.
• 폭발 시점의 엄격한 제약을 위해 폭발 이전의 깊은 이미징을 적용하여 빛의 변화 곡선 캘리브레이션을 향상시켰다.
• 빛의 변화 곡선 감쇠 속도를 정량화하고 표준 SNe Ia 및 Iax 템플릿과 비교하기 위해 Δm15 파라미터를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2015H의 폭발 시점과 최대 밝기는 무엇이며, 다른 종류 Iax 초신성과 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ2 백색왜성 폭발 모델에서 유도된 합성 스펙트럼이 SN 2015H의 관측된 광학 및 근적외선 광도와 스펙트럼을 잘 재현할 수 있는가?
• RQ3 SN 2015H의 전체 탈출 질량과 56Ni 질량은 얼마이며, 이는 불완전한 파손을 동반한 약한 폭발 시나리오를 지지하는가?
• RQ4 SN 2015H의 의사-볼로메트릭 빛의 변화 곡선은 불완전한 폭발에 기대하는 바와 같이 유한한 잔여물이 존재함을 시사하는가?
• RQ5 SN 2015H의 관측된 팽창 속도와 스펙트럼 특징은 정상적인 SNe Ia와 다른 SNe Iax와 비교해 어떻게 되는가?

주요 결과

• SN 2015H는 r-대역에서 최대 밝기 Mr = -17.27 ± 0.07에 도달하여, 더 밝은 종류 Iax 초신성 중 하나로 분류된다.
• 빛의 변화 곡선 감쇠 속도(Δm15)r는 0.69 ± 0.04로 측정되어 다른 SNe Iax와 일치하는 비교적 느린 감쇠를 나타낸다.
• 약 0.2 M⊙의 탈출 질량과 약 0.07 M⊙의 56Ni를 포함한 카운드라세카르 질량의 CO 백색왜성 폭발에 대한 약한 폭발 모델이 관측된 광도와 스펙트럼과 합리적인 일치를 보였다.
• 스펙트럼 특징에서 좋은 일치가 있었지만, 모델의 빛의 변화 곡선는 관측 결과보다 너무 빨리 진화하여 더 높은 탈출 질량이 필요하다는 것을 시사한다.
• 의사-볼로메트릭 빛의 변화 곡선에 대한 경험적 모델링 결과, 탈출된 물질은 ≤0.6 M⊙로 추정되며, 이는 불완전한 파손과 유한한 잔여물의 시나리오를 지지한다.
• 후기 단계에서 철계 원소의 강한 허용선과 낮은 팽창 속도가 관측되어, SN 2015H가 고밀도 탈출 물질을 지닌 표준적인 SN Iax임을 확인한다.