[論文レビュー] Light Curve Properties of Supernovae Associated With Gamma-ray Bursts

Xue Li, J. Hjorth|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、宿主銀河、後光、チリ減光、K補正を補正した上で、8つのガンマ線バースト関連超新星（GRB-SNe）のレストフレームVバンド光曲線をテンプレートフリーで導出する手法を提示する。Type Ia超新星のフィルス関係に類似したきつい光度-減光率関係が得られ、M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag である。この結果は、GRB-SNeが宇宙論における標準化可能燭台としての可能性を支持する。

ABSTRACT

Little is known about the diversity in the light curves of GRB-SNe, including whether the light curve of SN 1998bw can be used as a representative template or whether there is a luminosity-decline rate relation akin to that of SNe Ia. In this paper, we aim to obtain well-constrained light curves of GRB-SNe without the assumption of empirical or parametric templates and to investigate whether the peak brightness correlates with other parameters such as the light curve shape or the time of peak. We select eight SNe in the redshift range 0.0085 to 0.606, which are firmly associated with GRBs. The light curves of these GRB-SNe are well sampled across the peak. Afterglow and host galaxy contributions are subtracted and dust reddening is corrected for. Low-order polynomial functions are fitted to the light curves. A K-correction is applied to transform the light curves into the rest frame V band. GRB-SNe follow a luminosity-decline rate relation similar to the Phillips relation for SNe Ia, with $M_{V,peak} = 1.59^{+0.28}_{-0.24} Δm_{V,15} - 20.61^{+0.19}_{-0.22}$, with $χ^2 = 5.2$ for 6 dof and $M_{V,peak}$ and $Δm_{V,15}$ being the peak magnitude and decline rate in V band. This luminosity-decline rate relation is tighter than the k-s relation, where k and s are the factors describing the relative brightness and width to the light curve of SN 1998bw. The peak luminosities of GRB-SNe are also correlated with the time of peak: the brighter the GRB-SN, the longer the rise time. The light curve of SN 1998bw stretched around the time of explosion can be used as a template for GRB-SNe with reasonable confidence, but stretching around the peak produces better results. The existence of such a relation provides a new constraint on GRB explosion models. GRB-SNe can be used as standardizable candles to measure cosmological distances and constrain cosmological parameters.

研究の動機と目的

• 後光および宿主銀河からの汚染を除去することで、GRB-SNeの正確なテンプレートフリーなレストフレームVバンド光曲線を取得すること。
• DIRBE/IRASマップと宿主銀河の減光測定値を用いて、チリ減光を補正すること。
• 複数バンドの観測光度を用いてK補正を適用し、観測光曲線をレストフレームVバンドに変換すること。
• SN 1998bwがGRB-SNeの代表的光曲線テンプレートとして機能するかどうかを検証すること。
• GRB-SNe光曲線におけるピーク光度、減光率、上昇時間の間の相関関係を調査すること。

提案手法

• 後光および宿主銀河の寄与を差し引いた後、低次の多項式フィッティングを用いて光曲線をモデル化した。
• 複数バンドの観測光度を用いてK補正を適用し、光曲線をレストフレームVバンドに変換した。
• R_V = 3.1と文献値（例：E(B-V)_host = 0.39 ± 0.03 mag）を用いて、銀河および宿主銀河の減光を補正した。
• ピークマグニチュードおよび減光率の誤差推定を堅牢に行うために、10,000回のモンテカルロ法を用いた。
• 減光率Δm_V,15を、ピーク輝度から15日後にVバンドで観測されるマグニチュードの低下として定義した。
• 複数バンドK補正が不可能な場合のバックアップとして、SN 1998bwのスペクトルエネルギー分布（SED）および光曲線をテンプレートとして用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験的またはパラメトリックなテンプレートを仮定せずに、GRB-SNeの光曲線を信頼性高く導出できるか？
• RQ2 Type Ia超新星のフィルス関係に類似した光度-減光率関係がGRB-SNeに存在するか？
• RQ3 SN 1998bwの光曲線は他のGRB-SNeの有効なテンプレートとして機能するか？また、爆発時刻ではなくピーク周辺でのストレッチ処理が、ピーク時刻やストレッチ係数によるストレッチ処理よりも優れているか？
• RQ4 GRB-SNeの光曲線において、ピークマグニチュードと減光率は上昇時間とどのように相関するか？
• RQ5 異なる研究で報告されたGRB-SNeのピークマグニチュードは一貫しており、その差異の原因は何か？

主な発見

• 赤方偏移範囲0.0085〜0.606の8つのGRB-SNeについて、後光および宿主銀河寄与を差し引いた良好に制約されたレストフレームVバンド光曲線を導出した。
• GRB-SNeはきつい光度-減光率関係を示す：M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag（自由度6のときχ² = 5.2）。
• この光度-減光率関係は、従来の研究で用いられたk-s関係よりもきついため、標準化可能性が向上していることが示唆される。
• ピーク光度は上昇時間と弱い相関を示す：明るいGRB-SNeは長い上昇時間を示す。
• SN 1998bwの光曲線は代表的テンプレートとして使用可能であるが、ピーク周辺の減光率Δm_V,15に基づくストレッチ処理が、ピーク時刻やストレッチ係数sに基づく処理よりも優れた結果をもたらす。
• 異なる研究で報告されたピークマグニチュードの差異は、主に銀河減光の二重補正および減光法則や距離モジュラスの違いに起因している。