[論文レビュー] Highly Luminous Supernovae associated with Gamma-Ray Bursts I.: GRB 111209A/SN 2011kl in the Context of Stripped-Envelope and Superluminous Supernovae

Д. А. Канн, P. Schady+23 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Jun 21, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 239被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、観測史上で最も明るいGRB-SNとされるGRB 111209A/SN 2011klを、全波長光度曲線モデリングと、剥ぎ取り殻型および超高出力超新星（SLSNe）との比較を通じて検討している。SN 2011klは、通常のGRB-SNeよりも著しく明るく青白く、磁気星駆動の中心エンジンを示唆し、標準の崩壊星モデルに挑戦する、GRBとSLSNeの直接的な物理的関連性の可能性を示している。

ABSTRACT

GRB 111209A, one of the longest Gamma-Ray Bursts (GRBs) ever observed, is linked to SN 2011kl, the most luminous GRB-Supernova (SN) detected so far, which shows evidence for being powered by a magnetar central engine. We place SN 2011kl into the context of large samples of SNe, addressing in more detail the question of whether it could be radioactively powered, and whether it represents an extreme version of a GRB-SN or an underluminous Superluminous SN (SLSN). We model SN 2011kl using SN 1998bw as a template and derive a bolometric light curve including near-infrared data. We compare the properties of SN 2011kl to literature results on stripped-envelope and superluminous supernovae. Comparison in the k,s context, i.e., comparing it to SN 1998bw templates in terms of luminosity and light-curve stretch, clearly shows SN 2011kl is the most luminous GRB-SN to date, and it is spectrally very dissimilar to other events, being significantly bluer/hotter. Although SN 2011kl does not reach the classical luminosity threshold of SLSNe and evolves faster than any of them, it resembles SLSNe more than the classical GRB-associated broad-lined Type Ic SNe in several aspects. GRB 111209A was a very energetic event, both at early (prompt emission) and at very late (SN) times. We have shown in a further publication that with the exception of the extreme duration, the GRB and afterglow parameters are in agreement with the known distributions for these parameters. SN 2011kl, on the other hand, is exceptional both in luminosity and spectral characteristics, indicating that GRB 111209A was likely not powered by a standard-model collapsar central engine, further supporting our earlier conclusions. Instead, it reveals the possibility of a direct link between GRBs and SLSNe.

研究の動機と目的

• SN 2011klが放射能崩壊か磁気星中心エンジンによって駆動されているかどうかを特定すること。
• SN 2011klが極端なGRB-SNであるか、または低輝度SLSNであるかを評価すること。
• SN 2011klの輝度、光度曲線の伸縮度、およびスペクトル的性質を、既知の剥ぎ取り殻型超新星および超高出力超新星のサンプルと比較すること。
• GRB 111209A/SN 2011klが長期間継続するGRBの標準的崩壊星モデルに挑戦しているかどうかを評価すること。
• この例外的な事象を通じて、GRBとSLSNeの直接的な物理的関連性の可能性を検討すること。

提案手法

• SN 1998bwをテンプレートとして用い、近赤外データを組み合わせることでSN 2011klの全波長光度曲線を構築した。
• 他のGRB-SNeおよびSLSNeと比較するため、$k,s$-空間（輝度対光度曲線伸縮度）における位置づけを実施した。
• スペクトル的性質を分析した結果、SN 2011klは通常のGRB-SNeよりも顕著に青白く、高温であることが判明した。
• GRB 111209Aの初期放射および後光の性質を既知の分布と比較し、極端な持続時間を除けば一貫性があることを確認した。
• 文献データを用いて、剥ぎ取り殻型およびSLSNeの性質を参照し、SN 2011klの輝度と進化 timescale を文脈づけた。
• 更新されたRA余弦補正を用いて、宿主銀河中心からのアストロメトリックオフセットを補正し、補正後の投影距離を2.26 ± 1.25 kpcに精緻化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2011klは放射能崩壊か磁気星中心エンジンによって駆動されているか？
• RQ2 SN 2011klは他のGRB-SNeおよびSLSNeと比較して、輝度および光度曲線伸縮度でどのように異なるか？
• RQ3 SN 2011klのスペクトル的および光度的挙動は、古典的GRB-SNeではなくSLSNeとの関連性を支持するか？
• RQ4 GRB 111209Aの極端な持続時間は、既知のGRB分布と整合的か、それとも異なる前身星を示唆するか？
• RQ5 SN 2011klは、その性質からGRBとSLSNeの間の「欠けた鎖」（missing link）と見なせるか？

主な発見

• SN 2011klは、観測史上で最も明るいGRB-SNであり、既知のどのGRB-SNeよりも全波長輝度が上回っている。
• このイベントは、通常のGRB-SNeよりも顕著に青白く、高温であるため、より高温の光球層と特徴的なスペクトル的進化を示している。
• SN 2011klは、既知のどのSLSNeよりも速く進化するが、SLSNeと比較してより多くの光度的およびスペクトル的特徴を示しており、古典的広帯域Ic超新星とは異なる。
• SN 2011klの輝度およびスペクトル的性質は、標準的な放射能崩壊ではなく、磁気星駆動の中心エンジンによって最もよく説明される。
• GRB 111209Aの後光および初期放射パラメータは、既知のGRB分布と一貫しており、極端な持続時間以外は問題ない。
• 補正済みのSN 2011klとその宿主銀河中心との投影距離は2.26 ± 1.25 kpcであり、以前の推定値と整合性が高く、主な結論に変更はない。