[论文解读] Photometry and spectroscopy of SN 2015bh in the galaxy NGC 2770

V. P. Goranskij, E. A. Barsukova+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 4

一句话总结

本研究对NGC 2770中的SN 2015bh进行了测光和光谱观测，将其识别为一颗因大质量双星系统中核心塌缩而失败的明亮红新星，其前身星为一颗明亮的蓝变星（LBV），在与伴星合并过程中发生破坏。该事件表现出两个阶段：2015a期伪巨星爆发，具有Fe II和巴尔默发射线；随后为2015b期超新星阶段，光变曲线与SN IIL相似，绝对星等为M_V = –18.14 ± 0.30，表明核心塌缩超新星中断了明亮红新星的演化过程。

ABSTRACT

We present medium-resolution spectroscopy and multicolor photometry for the optical transient PSN J09093496+3307204 (SN 2015bh) in the galaxy NGC 2770, which has transferred into the supernova phase. The observations were carried out between February 2015 to May 2016. Both at the phase of the SN impostor (2015a) and at the supernova phase (2015b), besides Balmer emissions, the strong Fe II emissions are seen in the spectrum; so, these spectra resemble those of Williams Fe II type classical novae. The star is located near the edge of a dark nebula and notably absorbed (Av = 1.14 +/-0.15 mag). Taking into account this absorption, we determined maximum absolute magnitudes of Mv = -15.0 +/-0.3 mag at the 2015a phase and of Mv = -18.14 +/-0.30 mag at the 2015b phase. The light curve at the 2015b phase is similar to those of SN IIL. The supernova progenitor is a luminous blue variable (LBV) star with the powerful Hα emission. We considered several hypotheses of supernovae explosions following optical transients related with LBV. The hypothesis of core collapse of an evolved massive star interrupting the process of its merging with massive companion in a binary system (a failed luminous red nova) was chosen as the preferable one for this event.

研究动机与目标

• 表征NGC 2770中光学暂现源SN 2015bh在两个不同阶段的测光与光谱演化特征。
• 确定前身星的性质及其双阶段爆发的物理机制。
• 检验关于该暂现源起源的多种竞争性假说，包括失败明亮红新星、PPI诱导塌缩及双星合并情景。
• 评估周围星周物质与激波动力学在塑造观测到的光变曲线与光谱特征中的作用。

提出的方法

• 利用BTA/SCORPIO、俄罗斯科学院天文研究所（SAO RAS）、莫斯科国立大学天文研究所（SAI MSU）及西梅兹天文台等多台望远镜，获取了约翰逊UBV与科纳斯RI波段的多色测光数据。
• 使用10.4米GTC望远镜及其他设施进行了中等分辨率光谱观测，捕捉了从2015a期（伪巨星）到2015b期（超新星阶段）的光谱演化过程。
• 通过对象位置靠近暗星云及光谱特征，推导出A_V = 14.1 ± 1.5 mag，并应用消光修正。
• 将光变曲线与标准SN IIL模板进行比较，并分析衰减速率，以推断⁵⁶Co衰变作为能量来源。
• 利用P Cygni轮廓、Fe II发射线及高速成分等光谱特征，推断喷流速度与不对称性。
• 通过动力学建模与激波传播分析，评估失败明亮红新星假说，特别是核心塌缩如何中断包层膨胀过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2015bh中观测到的双阶段爆发（前导爆发后接超新星爆发）的物理起源是什么？
• RQ2 以Fe II和巴尔默发射为主导的观测光谱，与经典新星及已知超新星类型相比有何异同？
• RQ3 周围星周物质与激波传播在塑造光变曲线与光谱演化中起何种作用？
• RQ4 尽管前身星为LBV，为何光变曲线仍与SN IIL相似？这对其爆发机制有何启示？
• RQ5 该事件是否最能用大质量双星系统中的失败明亮红新星情景来解释？

主要发现

• 暂现源SN 2015bh表现出两个明显阶段：2015a期伪巨星阶段具有强烈的Fe II与巴尔默发射线；2015b期超新星阶段光变曲线与SN IIL相似。
• 在消光修正后（A_V = 14.1 ± 1.5 mag），2015b期峰值的绝对星等达到M_V = –18.14 ± 0.30。
• 两个阶段的光谱均显示强烈的Fe II与巴尔默发射线，类似于威廉姆斯Fe II型经典新星，具有不对称的Hα轮廓及Hβ中高达18,000 km s⁻¹的高速成分。
• 光谱线中存在吸收成分，表明与扩展的星周介质发生相互作用，后者可能由超新星爆发的辐射压加速。
• 光变曲线的次级衰减速率与⁵⁶Co衰变提供的能量输入一致，支持核心塌缩起源。
• 最合理的解释是失败明亮红新星：大质量双星系统中恒星核心塌缩中断了合并过程，导致包层未能完全抛射。