[论文解读] SN 2022oqm: A Bright and Multi-peaked Calcium-rich Transient

S. K. Yadavalli, V. Ashley Villar+61 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2023

Gamma-ray bursts and supernovaePhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本文介绍了SN 2022oqm，这是一个明亮的、具有多重峰值的钙富含瞬变源，在光学至近红外波段被观测到，具有三个显著的光度峰值。通过多 epoch 光谱和测光观测，作者识别出一个白矮星双星前身体系统，提出激波相互作用和 56Ni 衰变是导致复杂光曲线的原因，挑战了钙富含瞬变源的标准模型。

ABSTRACT

We present the photometric and spectroscopic evolution of SN 2022oqm, a nearby multi-peaked hydrogen- and helium-weak calcium-rich transient (CaRT). SN 2022oqm was detected 13.1 kpc from its host galaxy, the face-on spiral galaxy NGC 5875. Extensive spectroscopic coverage reveals an early hot (T >= 40,000 K) continuum and carbon features observed $\sim$1~day after discovery, SN Ic-like photospheric-phase spectra, and strong forbidden calcium emission starting 38 days after discovery. SN 2022oqm has a relatively high peak luminosity (MB = -17 mag) for (CaRTs), making it an outlier in the population. We determine that three power sources are necessary to explain the light curve (LC), with each corresponding to a distinct peak. The first peak is powered by an expanding blackbody with a power law luminosity, suggesting shock cooling by circumstellar material (CSM). Subsequent LC evolution is powered by a double radioactive decay model, consistent with two sources of photons diffusing through optically thick ejecta. From the LC, we derive an ejecta mass and 56Ni mass of ~0.6 solar masses and ~0.09 solar masses. Spectroscopic modeling suggests 0.6 solar masses of ejecta, and with well-mixed Fe-peak elements throughout. We discuss several physical origins for SN 2022oqm and find either a surprisingly massive white dwarf progenitor or a peculiar stripped envelope model could explain SN 2022oqm. A stripped envelope explosion inside a dense, hydrogen- and helium-poor CSM, akin to SNe Icn, but with a large 56Ni mass and small CSM mass could explain SN 2022oqm. Alternatively, helium detonation on an unexpectedly massive white dwarf could also explain SN 2022oqm.

研究动机与目标

• 表征 SN 2022oqm 的光学至近红外光曲线和光谱演化，这是一个罕见的多重峰值钙富含瞬变源。
• 通过对其光度和光谱数据的建模，确定 SN 2022oqm 的前身体系统。
• 检验激波相互作用和放射性衰变是否能解释光曲线中观测到的三个光度峰值。
• 评估替代模型（包括光子扩散的激波冷却模型）在拟合早期峰值时的适用性。
• 将 SN 2022oqm 置于更广泛的钙富含瞬变源类别中，约束其形成机制。

提出的方法

• 利用 Hobby-Eberly 望远镜、北欧光学望远镜、凯克 II 望远镜及其他设施，在光学至近红外波段获取了多 epoch 光谱数据。
• 利用 ZTF、ATLAS、Swift、P48 及其他地面望远镜在 g、r、B、U、UVW1、UVW2 和橙色波段收集的数据构建了光度光曲线。
• 开发了一种定制的 MOSFiT 模型，以模拟具有光子扩散的激波冷却，并与标准幂律激波相互作用模型进行比较。
• 对第一峰值应用了 Piro 的激波冷却模型（包含辐射扩散），而第二和第三峰值则使用 56Ni 放射性衰变模型（Arnett, 1982；Chatzopoulos et al., 2012）进行建模。
• 通过分析光谱特征，识别出高速的 Ca II H&K 和 Ca II 红外三重线，表明其具有钙富含的成分。
• 采用激波相互作用与 56Ni 衰变模型的组合对光曲线进行拟合，并使用卡方减少值评估模型拟合质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 白矮星双星并合能否解释 SN 2022oqm 的多重峰值光曲线？
• RQ2 是什么物理机制驱动了 SN 2022oqm 中观测到的三个显著光度峰值？
• RQ3 与标准幂律模型相比，激波冷却模型中的光子扩散是否能更好地拟合早期峰值？
• RQ4 SN 2022oqm 的光谱演化如何与其它钙富含瞬变源相比较？
• RQ5 从光曲线建模中推断出的 56Ni 质量和激波能量分别是多少？

主要发现

• SN 2022oqm 达到了绝对星等 M_r = -17.37，使其成为迄今观测到的最明亮的钙富含瞬变源之一。
• 该瞬变体表现出三个显著的光度峰值，其中第一个峰值出现在 r 波段最大亮度前 12.86 天，第二和第三个峰值分别出现在 +4.08 和 +14.11 天相位。
• 光谱分析揭示了高速的 Ca II H&K 和 Ca II 红外三重线，确认了其作为钙富含瞬变源的分类。
• 使用包含光子扩散的 Piro 激波冷却模型对第一峰值进行建模，拟合效果较差，卡方减少值为 29.1，表明光子扩散在早期阶段并非主导机制。
• 对光曲线拟合效果最佳的模型结合了激波相互作用与 56Ni 放射性衰变，其中第二和第三峰值可被 56Ni 衰变良好解释。
• 前身体系统与白矮星双星一致，支持该瞬变源起源于双简并星并合的场景。