[论文解读] The stellar-wind envelope around the supernova XRF/GRB060218/SN2006aj massive progenitor star

Э. Сонбас, А. С. Москвитин+9 more|ArXiv.org|May 17, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 3

一句话总结

本研究首次在与XRF/GRB 060218相关的Ic型超新星SN 2006aj的早期光学光谱中检测到氢发射特征——具体为Hα P Cygni轮廓。利用BTA望远镜并采用Sobolev近似下的SYNOW代码进行建模，作者识别出大质量前身星周围的恒星风包层，为冲击波突破与致密风相互作用提供了直接证据，并通过33,000 km/s和24,000 km/s蓝移速度的光谱特征，证实了前身星外层存在氢元素。

ABSTRACT

In BTA spectra of the supernova SN2006aj, identified with the X-ray flash (XRF) and gamma-ray burst XRF/GRB060218/SN2006aj, we detected details interpreted as hydrogen lines, which is a sign of stellar-wind envelope around a massive progenitor star of the gamma-ray burst. Results of modeling two early spectra obtained with the BTA in 2.55 and 3.55 days after the explosion of Type Ic supernova SN2006aj (z=0.0331) are presented. The spectra were modeled in the Sobolev approximation with the SYNOW code (Branch et al. 2001; Elmhamdi et al. 2006). In the spectra of the optical afterglow of the X-ray flash XRF/GRB060218 we detected spectral features interpreted as (1) the H_alpha PCyg profile for the velocity 33000 km s$^{-1}$ -- a wide and almost unnoticeable deformation of continuum in the range of $\simeq5600 - 6600Å$ for the first epoch (2.55 days) and (2) a part (``remnant'') of the H_alpha PCyg profile in absorption blueshifted by 24000 km s$^{-1}$ -- a wide spectral feature with a minimum at $\simeq6100Å$ (the rest wavelength) for the second epoch (3.55 days). Taking into consideration early BTA observations and spectra obtained with other telescopes (ESO Lick, ESO VLT, NOT) before 2006 Feb. 23 UT, it can be said that we observe evolution of optical spectra of Type Ic core-collapse supernova SN 2006aj during {\it transition} from the short phase related to the shock breakout to outer layers of the stellar-wind envelope to spectra of the phase of increasing brightness corresponding to radioactive heating. Signs of hydrogen in spectra of the gamma-ray burst afterglow were detected for the first time.

研究动机与目标

• 研究XRF/GRB 060218/SN 2006aj的早期光学余晖性质，确定其是否表现出大质量前身星周围恒星风包层的迹象。
• 分析爆炸后最初数天内光谱特征的演化，以理解从冲击波突破到放射性加热点的过渡过程。
• 检验热X射线和紫外辐射在XRF 060218中源于冲击波与致密风包层相互作用的假设。
• 通过光谱建模确认前身星外层中氢的存在，挑战Ic型超新星通常为缺氢的典型分类。

提出的方法

• 在爆炸后2.55天和3.55天，利用6米BTA望远镜获取SN 2006aj的早期光学光谱。
• 在Sobolev近似下应用SYNOW代码对观测光谱进行建模，假设为球对称、膨胀且光学厚的风。
• 将光谱特征识别为具有发射成分和吸收凹陷的氢Hα线，即P Cygni轮廓。
• 利用吸收特征的多普勒速度偏移和深度推断恒星风包层的存在及其动力学特性。
• 通过与ESO、Lick、VLT和NOT望远镜的早期观测结果对比，建立光谱演化图景。
• 通过将本研究结果与采用相同SYNOW框架建模的其他Ic型超新星中氢的检测结果对比，验证了研究发现。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2006aj的早期光学光谱是否显示出氢存在的证据，表明大质量前身星周围存在恒星风包层？
• RQ2 爆炸后最初数天内，Hα P Cygni轮廓的动力学与形态演化如何？
• RQ3 XRF 060218中观测到的热X射线和紫外辐射是否可由冲击波进入致密恒星风来解释？
• RQ4 Ic型超新星中氢的存在如何挑战或完善当前的核坍缩超新星与GRB前身星模型？
• RQ5 SN 2006aj的早期光谱特征在多大程度上支持致密风包层中大质量恒星的冲击波突破模型？

主要发现

• 首次在与GRB/XRF相关的Ic型超新星的早期光学光谱中检测到氢线，具体为Hα P Cygni轮廓。
• 在爆炸后2.55天，观测到一个位于约33,000 km/s的宽Hα发射特征，具有P Cygni轮廓，表明来自高速、致密风的发射。
• 至3.55天时，仍存在一个位于约24,000 km/s的蓝移吸收成分，被解释为P Cygni轮廓的“残余”，表明与风的相互作用仍在持续。
• 通过Sobolev近似下的SYNOW代码对光谱特征进行建模，证实了前身星周围存在致密、膨胀的恒星风包层。
• 研究结果支持冲击波突破模型，即超新星激波与预存在的风相互作用，可解释观测到的X射线闪光及后续的紫外爆发。
• 本研究首次提供了GRB相关Ic型超新星外层中存在氢的直接光谱证据，挑战了此类前身星完全缺乏氢的传统假设。