[论文解读] A new type of massive stellar death: no supernovae from two nearby long gamma ray bursts

J. P. U. Fynbo, D. Watson+22 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本文提供了观测证据，表明两个邻近的长暴伽马射线暴（GRB 060505 和 GRB 060614）发生时并未伴随核心坍缩超新星，挑战了广为接受的塌缩星模型。深度多波段余晖与宿主星系光谱学研究排除了尘埃遮蔽的可能性，表明存在一种新型的大质量恒星死亡方式，即大质量恒星直接坍缩成黑洞而无超新星爆发。

ABSTRACT

It is now accepted that long duration gamma-ray bursts (GRBs) are produced during the collapse of a massive star. The prevailing model (the collapsar) predicts that a broad-lined and luminous Type Ic core-collapse supernova (SN) accompanies every long-duration GRB. This association has been confirmed in observations of several nearby GRBs. Here we present observations of two nearby long-duration GRBs that challenge the prevailing model. In the GRBs 060505 and 060614 we demonstrate that no SN emission accompanied these bursts, down to limits hundreds of times fainter than the archetypal SN 1998bw that accompanied GRB 980425, and fainter than any Type Ic SN ever observed. Multi-band observations of the early afterglows, as well as spectroscopy of the GRB 060505 host galaxy, exclude the possibility of significant dust obscuration. Both GRBs are long-duration bursts, and we show that they lie in actively star-forming regions, typical of long GRBs. The absence of a SN to such deep limits is qualitatively different from all previous nearby long GRBs and suggests a new phenomenological type of massive stellar death.

研究动机与目标

• 调查长暴伽马射线暴（GRBs）是否如塌缩星模型所预测的那样，普遍伴随宽线型 Ic 型超新星。
• 检验某些 GRBs 中未观测到超新星的原因是否为尘埃遮蔽或观测极限。
• 确定 GRB 060505 和 GRB 060614 中未观测到超新星是否为本质性缺失，表明存在一种新型恒星死亡机制。
• 通过研究这些 GRBs 的宿主环境，确认其为长暴伽马射线暴，并排除其他解释。

提出的方法

• 对 GRB 060505 和 GRB 060614 的余晖进行了深度多波段光学与近红外观测，以搜寻超新星辐射。
• 对两个 GRBs 的宿主星系进行光谱学研究，评估其金属丰度、恒星形成活动及潜在的尘埃消光。
• 将观测到的余晖光曲线与光谱能量分布与超新星和余晖辐射的模型进行比较，以分离任何可能的超新星贡献。
• 利用测光与光谱数据，对任何可能的超新星光度设定严格上限，低至 SN 1998bw 的数百倍以下。
• 分析爆发在宿主星系内的空间分布，确认其发生在活跃的恒星形成区，与长暴伽马射线暴的起源一致。
• 通过将观测通量与消光模型比较，评估尘埃遮蔽的可能性，发现无显著的尘埃柱密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 GRB 060505 中未观测到超新星是由于尘埃遮蔽，还是本质性缺乏辐射？
• RQ2 长暴伽马射线暴是否总是产生核心坍缩超新星，如塌缩星模型所预测的那样？
• RQ3 未观测到关联超新星的 GRBs 中，其恒星前身星的性质是什么？
• RQ4 这些 GRBs 的宿主星系环境能否证实其为长暴伽马射线暴？
• RQ5 如果大质量恒星可直接坍缩成黑洞而无超新星爆发，这对恒星演化模型有何影响？

主要发现

• 在 GRB 060505 和 GRB 060614 中均未探测到超新星辐射，任何可能的超新星光度上限低至 SN 1998bw 的数百倍以下。
• 多波段余晖观测未显示任何超新星光曲线的证据，表明不存在显著的激波爆发或放射性衰变成分。
• 对两个 GRBs 宿主星系的光谱学研究表明，无显著尘埃消光，排除了尘埃遮蔽作为超新星缺失的原因。
• 两个 GRBs 均发生在活跃的恒星形成区，证实其为长暴伽马射线暴，排除了短暴或非轴向喷流等解释。
• 这两个事例中均未观测到超新星，与标准塌缩星模型不一致，后者预测每个长暴伽马射线暴均伴随超新星。
• 结果表明存在一种新型的大质量恒星死亡方式，即核心坍缩直接形成黑洞而无超新星爆发。