[论文解读] 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 38

一句话总结

本文通过光度曲线建模和与贫金属包层超新星及超亮超新星（SLSNe）的比较，研究了迄今观测到的最明亮的伽马射线暴-超新星事件 GRB 111209A/SN 2011kl。研究发现，SN 2011kl比典型伽马射线暴-超新星更明亮且更蓝，表明其可能由磁星驱动的引擎提供能量，并暗示伽马射线暴与超亮超新星之间可能存在直接联系，这挑战了标准的塌缩星模型。

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.

研究动机与目标

• 确定 SN 2011kl 是否由放射性衰变或磁星中心引擎驱动。
• 评估 SN 2011kl 是否代表极端伽马射线暴-超新星，或为光度较低的超亮超新星。
• 将 SN 2011kl 的光度、光曲线拉伸特性与已知的贫金属包层超新星及超亮超新星样本进行比较。
• 评估 GRB 111209A/SN 2011kl 是否挑战长伽马射线暴的标准塌缩星模型。
• 探讨通过这一特殊事件，伽马射线暴与超亮超新星之间是否存在直接的物理联系。

提出的方法

• 利用 SN 1998bw 作为模板，结合近红外数据，构建了 SN 2011kl 的光度曲线。
• 在 $k,s$-空间（光度 vs. 光曲线拉伸）中进行对比分析，将 SN 2011kl 的位置与其它伽马射线暴-超新星及超亮超新星进行定位比较。
• 分析光谱特性，发现 SN 2011kl 显著比典型伽马射线暴-超新星更蓝、温度更高。
• 将 GRB 111209A 的瞬时爆发和余晖特性与已知分布进行对比，除持续时间极长外，其余均一致。
• 利用文献中关于贫金属包层超新星和超亮超新星的数据，为 SN 2011kl 的光度和演化 timescale 提供背景参照。
• 通过更新的赤经余弦校正，修正宿主星系中心的天体测量偏移，将投影距离精修为 2.26 ± 1.25 kpc。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2011kl 是由放射性衰变还是磁星中心引擎驱动的？
• RQ2 SN 2011kl 在光度和光曲线拉伸方面与其它伽马射线暴-超新星及超亮超新星相比如何？
• RQ3 SN 2011kl 的光谱与光度行为是否支持其与超亮超新星而非经典伽马射线暴-超新星的关联？
• RQ4 GRB 111209A 的极端持续时间是否与已知伽马射线暴分布一致，还是表明其前身星不同？
• RQ5 鉴于其特性，SN 2011kl 是否可被视为伽马射线暴与超亮超新星之间的“缺失环节”？

主要发现

• SN 2011kl 是迄今探测到的最明亮的伽马射线暴-超新星，其光度超过任何已知的伽马射线暴-超新星。
• 该事件显著比典型伽马射线暴-超新星更蓝、温度更高，表明其光球层温度更高，光谱演化特征不同。
• SN 2011kl 的演化速度比任何已知的超亮超新星都快，但其光度和光谱特性更接近超亮超新星而非经典宽线 Ic 型超新星。
• SN 2011kl 的光度和光谱特性最合理的解释是磁星驱动的中心引擎，而非标准的放射性衰变。
• GRB 111209A 的余晖和瞬时爆发参数与已知伽马射线暴分布一致，仅其极端持续时间例外。
• 经校正后的 SN 2011kl 与宿主星系中心的投影距离为 2.26 ± 1.25 kpc，与先前估计更一致，且不改变主要结论。