[论文解读] Evidence for Extended Hydrogen-Poor CSM in the Three-Peaked Light Curve of Stripped Envelope Ib Supernova

Yossef Zenati, Qinan Wang+41 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 5

一句话总结

本文介绍了 SN 2019tsf，这是一种罕见的 Ibc 型超新星，其光变曲线呈现三峰特征，由喷射物与延伸的、富含氦但无氢的星周介质（CSM）之间的相互作用驱动。作者提出了一种由第三颗伴星引起的翘曲盘模型，解释了光变曲线的不对称性和多峰特征，以及晚期光学厚射电辐射，为包层剥离超新星的双星驱动前身星情景提供了新见解。

ABSTRACT

We present multi-band ATLAS photometry for SN 2019tsf, a stripped-envelope Type Ib supernova (SESN). The SN shows a triple-peaked light curve and a late (re-)brightening, making it unique among stripped-envelope systems. The re-brightening observations represent the latest photometric measurements of a multi-peaked Type Ib SN to date. As late-time photometry and spectroscopy suggest no hydrogen, the potential circumstellar material (CSM) must be H-poor. Moreover, late (>150 days) spectra show no signs of narrow emission lines, further disfavouring CSM interaction. On the contrary, an extended CSM structure is seen through a follow-up radio campaign with Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), indicating a source of bright optically thick radio emission at late times, which is highly unusual among H-poor SESNe. We attribute this phenomenology to an interaction of the supernova ejecta with spherically-asymmetric CSM, potentially disk-like, and we present several models that can potentially explain the origin of this rare Type Ib supernova. The warped disc model paints a novel picture, where the tertiary companion perturbs the progenitors CSM, that can explain the multi-peaked light curves of SNe, and here we apply it to SN 2019tsf. This SN 2019tsf is likely a member of a new sub-class of Type Ib SNe and among the recently discovered class of SNe that undergo mass transfer at the moment of explosion

研究动机与目标

• 解释 SN 2019tsf（一种无氢且晚期光谱中无明显 CSM 相互作用特征的 Ibc 型超新星）的异常三峰光变曲线的物理机制。
• 研究导致晚期再增亮和光学厚射电辐射的延伸、无氢星周物质（CSM）的性质与起源。
• 检验不对称 CSM 结构（如翘曲盘）是否能再现观测到的多峰测光演化和射电形态。
• 评估双星相互作用，特别是第三颗伴星，在塑造包层剥离超新星的 CSM 和爆发动力学中的作用。
• 通过多波段观测（包括晚期测光、光谱和射电数据）约束前身星系统。

提出的方法

• 利用 ATLAS 和 ZTF 的多波段测光数据构建了 SN 2019tsf 的光学光变曲线，并追踪其光度演化中的三个显著峰值。
• 晚期光谱观测（>142 天）确认了无氢和窄发射线的存在，表明 CSM 为无氢且喷射物-CSM 界面处的相互作用可能不对称或被遮挡。
• 利用卡尔·G·詹斯基甚大阵列（VLA）进行的射电观测在晚期探测到光学厚发射，限制了在 R < 10^15 cm 范围内存在致密、紧凑 CSM。
• 提出了一个翘曲盘模型以解释不对称 CSM，其中第三颗伴星的引力扰动在 CSM 中诱导密度增强，从而调制光变曲线。
• 通过光变曲线拟合测试了磁星模型，估算出磁感应强度 B ∼ 2×10^14 G 和自转周期 P_spin ∼ 22 ms，考虑了有无 CSM 相互作用的情况。
• 模型比较包括纯磁星、CSM 相互作用和磁星-CSM 混合情景，采用光变曲线拟合与光谱能量分布（SED）建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么物理机制可以解释 SN 2019tsf（一种无检测到氢或强 CSM 相互作用特征的 Ibc 型超新星）中三峰光变曲线的成因？
• RQ2 从晚期光学厚射电辐射推断出的延伸、无氢星周物质（CSM）的性质与起源是什么？
• RQ3 像翘曲盘这样的不对称 CSM 结构如何在无强光谱特征的情况下产生观测到的多峰测光演化？
• RQ4 磁星模型（有无 CSM 相互作用）在多大程度上能再现 SN 2019tsf 的完整光变曲线和射电数据？
• RQ5 双星相互作用——特别是第三颗伴星——在塑造包层剥离超新星的 CSM 和爆发动力学中扮演何种角色？

主要发现

• SN 2019tsf 展现出三个显著的光度峰值：ATLAS 数据中的主峰，约 35 天的次峰，以及首次探测后约 90 天的第三峰。
• 晚期光谱观测（>142 天）确认了无氢和无窄发射线，表明 CSM 为无氢，且相互作用可能不对称或被遮挡。
• VLA 射电观测在晚期揭示了明亮的光学厚发射，这是无氢包层剥离超新星中罕见的特征，表明在 R < 10^15 cm 范围内存在致密 CSM。
• 驱动光变曲线所需的 56Ni 质量估计为 0.07–0.12 M⊙，与典型 Ibc 型超新星一致，但光变曲线形状表明存在额外的能量注入。
• 磁星模型（B ∼ 2×10^14 G，P_spin ∼ 22 ms）对光变曲线拟合良好，但包含 CSM 相互作用的混合模型更能解释多峰结构。
• 由第三颗伴星扰动前身星 CSM 而形成的翘曲盘模型，最能解释多峰光变曲线和不对称 CSM，为延伸的、无氢 CSM 提供了物理解释。