[论文解读] 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 11

一句话总结

本研究提出一种无需模板的方法，推导出八例伽马射线暴致超新星（GRB-SNe）的rest-frame V波段光变曲线，校正宿主星系、余晖、尘埃消光及K校正。研究发现其光度-衰减速率关系与Ia型超新星的Phillips关系相似，关系式为 M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag，支持GRB-SNe作为宇宙学标准烛光的潜力。

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.

研究动机与目标

• 通过去除余晖和宿主星系的污染，获得准确的、无需模板的GRB-SNe rest-frame V波段光变曲线。
• 利用DIRBE/IRAS星图和宿主星系消光测量值，校正尘埃消光。
• 应用多波段K校正，将观测到的光变曲线转换为rest-frame V波段。
• 检验SN 1998bw是否可作为GRB-SNe的代表性光变曲线模板。
• 研究GRB-SNe光变曲线中峰值光度、衰减速率与上升时间之间的相关性。

提出的方法

• 在减去余晖和宿主星系贡献后，使用低阶多项式拟合来建模光变曲线。
• 利用多波段观测测光数据应用K校正，将光变曲线转换为rest-frame V波段。
• 使用 R_V = 3.1 和文献中给出的 E(B-V) 值（例如 E(B-V)_host = 0.39 ± 0.03 mag）校正银河系及宿主星系消光。
• 采用蒙特卡洛方法进行10,000次迭代，对峰值星等和衰减速率进行稳健的误差估计。
• 将衰减速率 Δm_V,15 定义为峰值亮度后15天内V波段的星等下降量。
• 当多波段K校正不可行时，使用SN 1998bw的SED和光变曲线作为备用模板。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不假设经验或参数化模板的前提下，可靠地推导GRB-SNe光变曲线？
• RQ2 GRB-SNe中是否存在与Ia型超新星Phillips关系类似的光度-衰减速率关系？
• RQ3 SN 1998bw的光变曲线是否可作为其他GRB-SNe的有效模板？以峰值为基准的拉伸是否优于以爆发时刻为基准的拉伸？
• RQ4 GRB-SNe光变曲线中，峰值星等与衰减速率如何与上升时间相关？
• RQ5 不同研究中报告的GRB-SNe峰值星等是否一致？导致差异的原因是什么？

主要发现

• 本研究成功推导出红移范围在 0.0085 至 0.606 之间的八例GRB-SNe的约束良好的rest-frame V波段光变曲线，已减去余晖和宿主星系贡献。
• GRB-SNe表现出紧密的光度-衰减速率关系：M_V,peak = 1.59Δm_V,15 − 20.61 mag，卡方值 χ² = 5.2（自由度为6）。
• 该光度-衰减速率关系比以往研究中使用的k-s关系更紧密，表明其标准烛光性能更优。
• 峰值光度与上升时间呈弱相关性：更明亮的GRB-SNe具有更长的上升时间。
• SN 1998bw的光变曲线可作为代表性模板使用，但以Δm_V,15（衰减速率）为基础进行拉伸的效果优于以峰值时间或拉伸因子s为基础的拉伸。
• 不同研究中报告的峰值星等差异，主要归因于对银河系消光的双重校正，以及消光律或距离模数的差异。