[论文解读] Very Early Photometry of SN 1998S: Physical Parameters and Date of Explosion

H. Poon, J. C. S. Pun+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 4

一句话总结

本研究提供了SN 1998S的非常早期光学测光数据，覆盖了发现后最初的四个月，并利用两种分析模型——Nakar & Sari (2010) 和 Rabinak & Waxman (2011)——约束前身星的物理参数和爆发日期。两种模型得出的爆发日期一致（1998年3月1.84日至2.14日），并推导出前身星半径约为300 R⊙（NS10）和约2000 R⊙（RW11），与红超巨星前身星一致。

ABSTRACT

Context. We present very early optical lightcurves beginning 10 days before maximum of the Type IIn supernova 1998S, covering the first four months after discovery. Aims. We examine the light evolution and try to compare the lightcurves to two analytical models(Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011)) for a red supergiant star. Methods. The photometry was carried at the 60-cm telescope of the Xinglong Station of China. Broadband filters Johnsons B, V and Cousins R were used. Results. The magnitude rose for the first few days and then dropped slowly afterwards. The two different models we use can fit the early lightcurves very well. The explosion date derived from the models is within the range of 1998 March 1.34 - 2.64(JD 2450873.84 - JD 2450875.14.) The radius of the progenitor is found to be ~ 300 Rsun and ~ 2000 Rsun for the model of Nakar & Sari(2010) and Rabinak & Waxman(2011) respectively. The constraint on mass and energy is not strong. The ranges of these two parameters are within that of a red supergiant.

研究动机与目标

• 获取SN 1998S的非常早期光学测光数据，始于最大亮度前10天，以改善对超新星早期演化的约束。
• 检验两种分析模型——Nakar & Sari (2010) 和 Rabinak & Waxman (2011)——在IIn型超新星早期光曲线中的适用性。
• 利用早期光曲线数据，以更高的精度推导SN 1998S的爆发日期。
• 基于模型拟合观测测光数据，约束SN 1998S的前身星半径、质量及动能。
• 评估所推导参数与红超巨星前身星预期值的一致性。

提出的方法

• 使用国家天文台兴隆站的60厘米望远镜，采用Johnson B、V和Cousins R宽带滤光片进行测光观测。
• 利用比较星GSC 3452-1061进行差分测光，通过包含色项的CCD转换公式对仪器星等进行校准。
• 在发现当天（1998年3月2日）的无滤光星等，通过包含色项的校正公式转换为标准R星等，校正系数为i₃ = -0.039 ± 0.021。
• 将包含爆发后一天内数据点的早期光曲线，拟合至Nakar & Sari (2010) 和 Rabinak & Waxman (2011) 的分析模型，这两种模型描述了平面相和球形相中早期超新星的亮度演化。
• 通过调整模型参数（半径、质量、能量）以获得最佳拟合光曲线，约束条件基于观测值与预测值星等的一致性。
• 通过黑体拟合估算温度演化，并与模型预测值比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于非常早期测光数据和分析模型，SN 1998S最精确的爆发日期是什么？
• RQ2 Nakar & Sari (2010) 和 Rabinak & Waxman (2011) 模型在多大程度上能再现SN 1998S的早期光学光曲线？
• RQ3 前身星的物理参数（半径、质量、能量）推导结果如何？是否与红超巨星一致？
• RQ4 为何模型预测的温度低于观测值？这一偏差对测光校准有何影响？
• RQ5 能否检测到光曲线中指示平面相向球形相过渡的早期峰值，并用于约束前身星半径？

主要发现

• SN 1998S的爆发日期被约束在Nakar & Sari (2010) 模型的1998年3月1.84日（JD 2450874.34），以及Rabinak & Waxman (2011) 模型的1998年3月2.14日（JD 2450874.64），两者相差仅0.3天。
• 前身星半径估计为NS10模型约300 R⊙，RW11模型约2000 R⊙，两者均与红超巨星前身星一致。
• 符合数据的动能范围为：NS10模型为3.5 × 10⁵¹ 至 13.5 × 10⁵¹ erg，RW11模型为1.25 × 10⁵¹ 至 4.5 × 10⁵¹ erg，处于典型红超巨星能量范围内。
• 两种模型推导出的质量范围均与红超巨星一致，尽管模型无法唯一区分不同的质量-能量组合。
• 模型预测的温度低于观测值，但该偏差对测光校准的影响仅为约0.001星等，可忽略不计，不改变主要结果。
• Nakar & Sari (2010) 模型中存在平面相向球形相过渡的光曲线峰值，而Rabinak & Waxman (2011) 模型因假设单相演化而未出现该峰值，表明两种模型在物理机制上存在关键差异。