[论文解读] A Trio of GRB-SNe: GRB 120729A, GRB 130215A / SN 2013ez and GRB 130831A / SN 2013fu

Z. Cano, A. de Ugarte Postigo+63 more|May 13, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 6被引用 38

一句话总结

本研究对三颗伽马射线暴致超新星（GRB-SNe）——GRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez 和 GRB 130831A/SN 2013fu 进行了光学与近红外波段的测光及光谱观测。研究报告了在 GRB-SN 中测得的最低膨胀速度（4000–6350 km s⁻¹），并发现镍质量与爆发能量与其它 GRB-SNe 一致，支持其源自大质量、快速旋转的前身星。

ABSTRACT

We present optical and near-infrared (NIR) photometry for three gamma-ray burst supernovae (GRB-SNe): GRB 120729A, GRB 130215A / SN 2013ez and GRB 130831A / SN 2013fu. In the case of GRB 130215A / SN 2013ez, we also present optical spectroscopy at t-t0=16.1 d, which covers rest-frame 3000-6250 Angstroms. Based on Fe II (5169) and Si (II) (6355), our spectrum indicates an unusually low expansion velocity of 4000-6350 km/s, the lowest ever measured for a GRB-SN. Additionally, we determined the brightness and shape of each accompanying SN relative to a template supernova (SN 1998bw), which were used to estimate the amount of nickel produced via nucleosynthesis during each explosion. We find that our derived nickel masses are typical of other GRB-SNe, and greater than those of SNe Ibc that are not associated with GRBs. For GRB 130831A / SN 2013fu, we use our well-sampled R-band light curve (LC) to estimate the amount of ejecta mass and the kinetic energy of the SN, finding that these too are similar to other GRB-SNe. For GRB 130215A, we take advantage of contemporaneous optical/NIR observations to construct an optical/NIR bolometric LC of the afterglow. We fit the bolometric LC with the millisecond magnetar model of Zhang & Meszaros (2001), which considers dipole radiation as a source of energy injection to the forward shock powering the optical/NIR afterglow. Using this model we derive an initial spin period of P=12 ms and a magnetic field of B=1.1 x 10^15 G, which are commensurate with those found for proposed magnetar central engines of other long-duration GRBs.

研究动机与目标

• 表征三颗 GRB-SNe（GRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez 和 GRB 130831A/SN 2013fu）的光学与近红外光曲线及光谱特性。
• 利用爆发后 16.1 天的本征光学光谱测量 SN 2013ez 的膨胀速度。
• 通过与 SN 1998bw 模板对比光曲线，估算超新星的 ⁵⁶Ni 质量、抛射物质量与动能。
• 通过多波段数据与建模，评估这些 GRB-SNe 与大质量、快速旋转前身星标准模型的一致性。
• 倡导未来采用 8–10 米望远镜进行聚焦、高灵敏度观测，并结合模拟，以更深入理解 GRB-SN 前身星。

提出的方法

• 利用 8–10 米级地基望远镜（包括北欧光学望远镜、大加那利望远镜、利物浦望远镜等）获取三颗 GRB-SNe 的光学与近红外测光数据。
• 在 t − t₀ = 16.1 天时获取 SN 2013ez 的本征光学光谱，波段覆盖 3000–6250 Å，通过 Fe ii λ5169 与 Si ii λ6355 线测量膨胀速度。
• 通过与 SN 1998bw 模板对比，校准每颗超新星光曲线的亮度与形状，利用核合成建模估算 ⁵⁶Ni 质量。
• 利用 SN 2013fu 的高采样 R 波段光曲线，通过光曲线建模推导抛射物质量与动能。
• 结合多 epoch 测光与光谱数据及理论模拟，推断前身星特性与爆发动力学。
• 整合来自多个天文台（包括 Gemini、RATIR、GROND 和 Faulkes 望远镜）的数据，确保波段与时间覆盖广泛。

实验结果

研究问题

• RQ1 在光学与近红外波段，GRB 120729A、GRB 130215A/SN 2013ez 与 GRB 130831A/SN 2013fu 的测光与光谱特性如何？
• RQ2 SN 2013ez 在爆发后 16.1 天的膨胀速度是多少？与其它 GRB-SNe 相比如何？
• RQ3 这些 GRB-SNe 的 ⁵⁶Ni 质量、抛射物质量与动能如何与其它 GRB-SNe 及 SNe Ibc 比较？
• RQ4 观测到的光曲线与光谱在多大程度上支持 GRB-SNe 源于大质量、快速旋转恒星的假设？
• RQ5 何种观测策略——特别是利用 8–10 米望远镜进行本征 B、V、R、I 与近红外测光及光谱观测——能最有效地约束 GRB-SN 前身星模型？

主要发现

• SN 2013ez 在爆发后 16.1 天的光学光谱显示其膨胀速度异常之低，为 4000–6350 km s⁻¹，为迄今在 GRB-SN 中测得的最低值。
• 每颗 GRB-SN 的 ⁵⁶Ni 质量均与其它 GRB-SNe 典型值一致，且显著高于非 GRB 关联的 SNe Ibc。
• 对于 GRB 130831A/SN 2013fu，其高采样 R 波段光曲线得出的抛射物质量与动能与其他 GRB-SNe 一致。
• 将三颗 GRB-SNe 的光曲线归一化至 SN 1998bw 后，其亮度与演化形态相似，支持相同的爆发机制。
• GRB-SNe 的观测特性与大质量、快速旋转恒星的前身星模型一致，后者产生非球对称、高能的爆发。
• 本研究倡导未来开展聚焦性观测，利用 8–10 米望远镜获取本征 B、V、R、I 与近红外测光及光谱数据，并结合先进模拟，以进一步约束 GRB-SN 前身星模型。