[논문 리뷰] The Unprecedented Third Outburst of SN 2009ip: A Luminous Blue Variable Becomes a Supernova

Jon C. Mauerhan, Nathan Smith외 9명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 27.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 SN 2009ip의 2012년 활동이 이전에 종말형 LBV 폭발로 분류된 바 있으나, 넓은 발머 P-Cygni 프로파일(파란 날개가 -13,000 km/s까지 연장)이 나타나고 이후 밝은 SN IIn 단계로 진화하여 최초의 희미함 이후 절정 절대 등급 M_R = -18 등급을 기록함으로써 진정한 핵붕괴형 IIn 초신성임을 입증한다. 이는 밀도가 높은 항성주변물질과의 상호작용에 의해 주도된다.

ABSTRACT

Some reports of supernova (SN) discoveries turn out not to be true core-collapse explosions. One such case was SN 2009ip, which was recognized to be a luminous blue variable (LBV) eruption. This source had a massive hot progenitor star identified in pre-explosion data, it had documented evidence of pre-outburst variability, and it was subsequently discovered to have a 2nd outburst in 2010. This same source rebrightened again in 2012, and early spectra showed the same narrow-line profiles as before, suggesting another LBV-like eruption. We present new photometry and spectroscopy of SN 2009ip, indicating that it has transitioned into a true SN. The most striking discovery in these data is that unlike previous reports, the spectrum exhibited Balmer lines with very broad P-Cygni profiles characteristic of normal Type II supernovae (SNe II), in addition to narrow emission lines seen in SNe IIn and LBVs. Emission components have FWHM 8000 km/s, while the P-Cygni absorption component has blue wings extending to -13,000 km/s. These velocities are typical of SNe II, but have never been associated with emission lines from a nonterminal LBV-like eruption. Initially, the peak absolute magnitude seemed fainter than that of normal SNe. However, after a brief period of fading, the source quickly brightened again to M_R=-17.5 mag over a couple days. The broad lines mostly disappeared, and the spectrum began to resemble the early optically thick phases of SNe IIn. Two weeks later the source leveled off near -18 mag, after which broad emission lines again developed in the spectrum as the source faded. We conclude that the 2012 outburst of SN 2009ip was the result of a true core-collapse SN IIn that occured when the progenitor star was in an LBV-like outburst phase, and where the SN was initially faint and then rapidly brightened due to interaction with circumstellar material (abridged).

연구 동기 및 목표

• SN 2009ip의 2012년 활동의 진정한 성격을 규명하는 것. 이는 이전에 밝은 파란 항성(LBV) 폭발로 분류된 바 있다.
• 2009년과 2010년에 발생한 이전의 활동들로 인해 발생한 소스의 분류에 대한 모호함을 해결하는 것. 이 활동들은 모두 LBV 유사 행동을 보였다.
• 2012년 사건이 종말형 초신성 폭발인지, 아니면 다른 종말형이 아닌 LBV 폭발인지 조사하는 것.
• 2012년 활동의 스펙트럼 및 광도적 진화를 특성화하여 초신성와 LBV 폭발 모델을 구분하는 것.
• 항성주변물질과의 상호작용이 이 사건의 광도곡선 및 스펙트럼 진화에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• SN 2009ip의 2012년 활동에서 새로운 광도 및 스펙트럼 데이터를 확보하고 분석하는 것.
• 특히 넓은 발머 P-Cygni 프로파일의 존재와 진화를 고려하여, 제2형 및 IIn 초신성의 알려진 특징과 비교하는 것.
• 전체 폭의 반값 너비(FWHM) 및 파랑 끝 속도 측정을 통해 폭발 물질의 역학을 평가하는 것.
• 광도곡선 진화를 추적하기 위한 광도 모니터링을 통해 절정 등급과 흐려짐 행동을 추적하는 것.
• 초신성 폭발 물질에서 발생하는 방출과 종말형이 아닌 LBV 폭발을 구분하기 위한 스펙트럼 모델링.
• 출발 전의 고전 자료를 사용하여 거대한 뜨거운 원형 항성의 존재를 확인하고, 이 활동이 항성의 진화 역사 속에서 어떻게 위치되는지 설명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2009ip의 2012년 활동은 종말형 초신성 폭발인지, 아니면 다른 종말형이 아닌 LBV 폭발인지인가?
• RQ2 파랑 날개가 -13,000 km/s까지 연장되는 관측된 넓은 발머 P-Cygni 프로파일은 LBV 폭발이 아닌 핵붕괴 초신성임을 나타내는가?
• RQ3 왜 소스는 처음에는 희미하게 보였지만, 몇 일 내로 M_R = -17.5 등급으로 급격히 밝아졌다가 -18 등급으로 안정화되었는가?
• RQ4 항성주변물질과의 상호작용은 이 사건의 스펙트럼 및 광도적 진화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 넓은 선에서 SN IIn 유사 특징으로의 스펙트럼 진화는 하나의 물리적 메커니즘으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 2012년 SN 2009ip의 스펙트럼은 -13,000 km/s까지 연장되는 파란 날개를 가진 넓은 발머 P-Cygni 프로파일을 보였으며, 이는 일반적인 제2형 초신성의 특징이지만, 일반적인 LBV 폭발의 특징은 아니다.
• 넓은 선의 방출 성분은 전체 폭의 반값 너비(FWHM)가 8000 km/s였으며, 이는 초신성 폭발 물질의 속도와 일치한다.
• 소스는 처음에는 더 희미한 등급에 도달했지만, 몇 일 내로 M_R = -17.5 mag로 급격히 밝아졌으며, 이는 상호작용으로 인한 지연된 밝기 절정을 나타낸다.
• -18 mag 근처의 평탄한 단계에 도달한 후, 흐려짐 과정에서 넓은 방출선이 재등장하여 밀도가 높은 항성주변물질과의 지속적인 상호작용을 나타낸다.
• 스펙트럼 및 광도적 진화는 초기에 SN II 유사 특징에서 후기 단계의 SN IIn 유사 외관으로 전환되었으며, 이는 상호작용에 의해 주도되는 밝기를 확인한다.
• 저자들은 2012년 활동이 원형 항성이 LBV 유사 활동 단계 동안 발생한 진정한 핵붕괴형 IIn 초신성였다고 결론짓는다.