[논문 리뷰] Very Early Photometry of SN 1998S: Physical Parameters and Date of Explosion

H. Poon, J. C. S. Pun외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 05.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 초신성 SN 1998S의 매우 이른 시기 광도 측정 자료를 제시하며, 발견 후 첫 4개월을 커버하고, Nakar & Sari (2010) 및 Rabinak & Waxman (2011) 두 가지 분석 모델을 사용하여 원형성의 물리적 파ameters와 폭발 일자를 제약한다. 모델들은 일치하는 폭발 일자(1998년 3월 1.84~2.14일)를 도출하며, 원형성 반지름은 각각 ∼300 R⊙ (NS10) 및 ∼2000 R⊙ (RW11)로 도출되어 빨간 초거성 원형성과 일치한다.

ABSTRACT

Context. We present very early optical lightcurves beginning 10 days before maximum of the Type IIn supernova 1998S, covering the first four months after discovery. Aims. We examine the light evolution and try to compare the lightcurves to two analytical models(Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011)) for a red supergiant star. Methods. The photometry was carried at the 60-cm telescope of the Xinglong Station of China. Broadband filters Johnsons B, V and Cousins R were used. Results. The magnitude rose for the first few days and then dropped slowly afterwards. The two different models we use can fit the early lightcurves very well. The explosion date derived from the models is within the range of 1998 March 1.34 - 2.64(JD 2450873.84 - JD 2450875.14.) The radius of the progenitor is found to be ~ 300 Rsun and ~ 2000 Rsun for the model of Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011) respectively. The constraint on mass and energy is not strong. The ranges of these two parameters are within that of a red supergiant.

연구 동기 및 목표

• 최대 밝기 10일 전부터 시작하여 SN 1998S의 매우 이른 광도 측정 자료를 확보하여 초신성의 초기 진화를 더 잘 제약하고자 한다.
• Type IIn 사건의 이른 초신성 광도곡선에 대해 Nakar & Sari (2010) 및 Rabinak & Waxman (2011) 두 모델의 적용 가능성을 시험하고자 한다.
• 이른 광도곡선 자료를 사용하여 SN 1998S의 폭발 일자를 더 정밀하게 유도하고자 한다.
• 관측된 광도 측정 자료에 대한 모델 피팅을 바탕으로 SN 1998S의 원형성 반지름, 질량, 운동 에너지를 제약하고자 한다.
• 유도된 파ameters가 빨간 초거성 원형성에서 기대되는 바와 일치하는지 평가하고자 한다.

제안 방법

• NAOC의 Xinglong 관측소에 위치한 60cm 망원경을 사용하여 Johnson B, V 및 Cousins R 광대역 필터를 활용한 광도 측정을 수행하였다.
• 비교 항성 GSC 3452-1061을 사용하여 상대 광도를 계산하였으며, 색상 항목을 포함한 CCD 변환 공식을 통해 기기 magnitude를 校정하였다.
• 발견일인 1998년 3월 2일의 무필터 magnitude는 색상에 따라 보정된 보정 계수 i₃ = -0.039 ± 0.021을 사용하여 표준 R magnitude로 변환하였다.
• 폭발 후 1일 이내의 데이터 포인트를 포함한 이른 광도곡선을 Nakar & Sari (2010) 및 Rabinak & Waxman (2011)의 분석 모델에 피팅하였으며, 이는 평면형 및 구형 단계에서의 이른 초신성 빛의 진화를 기술한다.
• 모델 파ameters(반지름, 질량, 에너지)를 변화시켜 관측된 광도와 예측된 magnitude 간의 일치도를 최적화하여 최적의 피팅 광도곡선을 도출하였다.
• 데이터에 대한 블랙볼러 힘의 적합을 통해 온도의 진화를 추정하였으며, 이는 모델 예측과 비교하여 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 이른 광도 측정 자료와 분석 모델을 기반으로 한 SN 1998S의 가장 정확한 폭발 일자는 무엇인가?
• RQ2 Nakar & Sari (2010) 및 Rabinak & Waxman (2011) 모델이 SN 1998S의 이른 광학 광도곡선을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 유도된 물리적 파ameters(반지름, 질량, 에너지)는 무엇이며, 이는 빨간 초거성 원형성과 일치하는가?
• RQ4 왜 모델 예측 온도가 관측된 온도보다 낮게 나오며, 이는 광도 측정의 校정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 폭발 후 평면형에서 구형으로의 전이를 나타내는 광도곡선의 이른 볼록부를 감지하고 원형성 반지름을 제약하는 데 사용할 수 있는가?

주요 결과

• Nakar & Sari (2010) 모델에 따르면 SN 1998S의 폭발 일자는 1998년 3월 1.84일(JD 2450874.34)로 제약되었고, Rabinak & Waxman (2011) 모델에선 1998년 3월 2.14일(JD 2450874.64)로 제약되었으며, 이는 뿐다시피 0.3일 뿐이다.
• Nakar & Sari (2010) 모델에선 원형성 반지름이 약 ∼300 R⊙로 추정되었고, Rabinak & Waxman (2011) 모델에선 약 ∼2000 R⊙로 추정되었으며, 양자 모두 빨간 초거성 원형성과 일치한다.
• 데이터에 가장 잘 맞는 운동 에너지 범위는 Nakar & Sari (2010) 모델에선 3.5 × 10⁵¹ ~ 13.5 × 10⁵¹ erg, Rabinak & Waxman (2011) 모델에선 1.25 × 10⁵¹ ~ 4.5 × 10⁵¹ erg로, 일반적인 빨간 초거성 에너지 범위 내에 있다.
• 두 모델 모두 유사한 질량 범위를 도출하였으며, 이는 빨간 초거성과 일치하지만, 모델은 서로 다른 질량-에너지 조합을 유일하게 식별할 수는 없다.
• 모델은 관측된 것보다 낮은 온도를 예측하지만, 이 격차는 광도 측정의 校정에 약 ∼0.001 magnitude 이하의 영향을 미치며, 이는 무시할 수 있을 정도로 작고 주요 결과에 영향을 주지 않는다.
• Nakar & Sari (2011) 모델에선 평면형에서 구형으로의 전이를 나타내는 광도곡선의 볼록부가 관측되었지만, Rabinak & Waxman (2011) 모델에선 단일 단계 진화를 가정하기 때문에 관측되지 않아, 모델 물리학의 핵심적인 차이점이 드러난다.