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Ib형 및 Ic형 초신성

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목차

1. 개요

Ib형 및 Ic형 초신성은 제1형 초신성의 하위 분류로, 스펙트럼 상에서 수소선이 없고, 규소 흡수선 유무와 헬륨 선의 존재 여부에 따라 구분된다. Ib형과 Ic형은 모두 무거운 별의 중심 붕괴로 인해 발생하며, 강한 항성풍이나 동반성과의 상호 작용으로 외부 층을 잃은 별이 전구체이다. Ib형 초신성은 헬륨 층을 부분적으로 유지하는 반면, Ic형은 헬륨 층까지 잃어 Ib형보다 더 많은 외피를 잃는다. Ic형 초신성의 일부는 감마선 폭발과 관련이 있을 수 있으며, 광도 곡선은 Ia형과 유사하지만 최대 광도가 낮고 붉은색을 띤다. Ib형 및 Ic형 초신성은 Ia형 초신성과 스펙트럼 및 광도 곡선이 유사하여 우주 거리 측정에 오염원으로 작용할 수 있다.

2. 스펙트럼

Ib형 및 Ic형 초신성은 제1a형과 달리 635.5 나노미터 파장에서 단일 이온화된 규소의 흡수선이 나타나지 않는다.[6] 시간이 지나면서 산소, 칼슘, 마그네슘과 같은 원소의 선이 나타나지만, 제1a형 초신성은 철 선이 지배적이다.[7] Ic형 초신성은 Ib형과 달리 587.6 nm에서 헬륨 선도 없다.[23]

2. 1. 스펙트럼 분류

초신성이 관측되면, 그 스펙트럼에 나타나는 흡수선을 기준으로 민코프스키–츠비키 초신성 분류 체계에 따라 분류할 수 있다.[4] 초신성은 먼저 제1형 또는 제2형으로 분류된 다음, 더 구체적인 특징에 따라 세분화된다. 일반적인 제1형에 속하는 초신성은 스펙트럼에 수소 선이 없다. 반대로 제2형 초신성은 수소선을 나타낸다. 제1형 범주는 제1a형, 제1b형, 제1c형으로 세분된다.[5]

제1b/1c형 초신성은 635.5 나노미터 파장에서 단일 이온화된 규소의 흡수선이 없다는 점으로 제1a형과 구별된다.[6] 제1b형 및 제1c형 초신성이 노화되면서 산소, 칼슘, 마그네슘과 같은 원소의 선도 나타낸다. 반면, 제1a형 스펙트럼은 철의 선이 지배적이 된다.[7] 제1c형 초신성은 587.6 nm에서 헬륨 선도 없다는 점에서 제1b형과 구별된다.[23]

3. 형성

Ib형 및 Ic형 초신성은 진화의 마지막 단계에 이른 대질량 별이 중력 붕괴를 일으켜 발생한다. 이러한 유형의 초신성은 Ia형, II형과 함께 초신성의 주요 분류 중 하나이다.

Ib형 및 Ic형 초신성은 그 근본적인 메커니즘이 II형 초신성과 유사하여, Ia형과 II형 사이에 위치한다.[6] 이들의 유사성 때문에 Ib형 및 Ic형 초신성은 때때로 통칭하여 Ibc형 초신성이라고 부르기도 한다.[11]

매우 희귀하고 거대한 별로부터 형성되기 때문에 Ib형 및 Ic형 초신성 발생률은 II형 초신성의 발생률보다 훨씬 낮다.[13] 이들은 일반적으로 새로운 별이 생성되는 지역에서 발생하며, 타원 은하에서는 극히 드물게 관측된다.[14] Ibc형 초신성과 다양한 II형 초신성은 작동 메커니즘을 공유하기 때문에 통칭하여 중심 붕괴 초신성이라고 부르며, 특히 Ibc형은 ''박탈된 중심 붕괴 초신성''이라고 불릴 수 있다.[6]

3. 1. 항성 진화와 외피층 손실

초신성이 되기 전, 진화된 거대 별은 양파와 같이 다양한 원소의 융합이 일어나는 층으로 구성되어 있다. 가장 바깥쪽 층은 수소로 구성되어 있으며, 그 안쪽으로 헬륨, 탄소, 산소 등이 위치한다. 따라서 수소의 외부 층이 제거되면, 주로 헬륨(다른 원소와 혼합)으로 구성된 다음 층이 노출된다. 이는 매우 뜨겁고 거대한 별이 진화 과정에서 별의 바람으로 인해 상당한 질량 손실이 발생하는 지점에 도달했을 때 발생할 수 있다. 매우 질량이 큰 별(태양 질량의 25배 이상)은 매년 의 질량을 잃을 수 있는데, 이는 10만 년마다 에 해당하는 양이다.[8]

Ib형 및 Ic형 초신성은 강착 또는 동반성으로의 질량 이동을 통해 수소와 헬륨의 외부 층을 잃은 거대 별의 중심 붕괴로 인해 생성된 것으로 추정된다.[6] Ib형 및 Ic형의 전구체는 강한 항성풍이나 가까운 동반성과의 상호작용(예: 로슈 로브 넘침)으로 인해 외부 층의 대부분을 잃었다.[9][10] 빠른 질량 손실은 울프-레이에별의 경우에 발생할 수 있으며, 이러한 거대한 천체는 스펙트럼에서 수소가 나타나지 않는다. Ib형 전구체는 외부 대기에서 대부분의 수소를 방출한 반면, Ic형 전구체는 수소와 헬륨 껍질을 모두 잃었다. 즉, Ic형은 Ib형 전구체보다 더 많은 외피(예: 헬륨 층의 대부분)를 잃었다.[6]

3. 2. 중력 붕괴와 초신성 폭발

Ib형 및 Ic형 초신성은 강착 또는 동반성으로의 질량 이동을 통해 수소와 헬륨의 외부 층을 잃은 거대 별의 중심 붕괴로 인해 생성된 것으로 추정된다.[6] Ib형 및 Ic형의 전구체는 강한 항성풍 또는 약 의 가까운 동반성과의 상호 작용으로 인해 외부 층의 대부분을 잃었다.[9][10] 빠른 질량 손실은 울프-레이에별의 경우에 발생할 수 있으며, 이러한 거대한 천체는 수소가 없는 스펙트럼을 보인다. Ib형 전구체는 외부 대기에서 대부분의 수소를 방출한 반면, Ic형 전구체는 수소와 헬륨 껍질을 모두 잃었다. 즉, Ic형은 Ib형 전구체보다 더 많은 외피(예: 헬륨 층의 대부분)를 잃었다.[6] 그러나 다른 면에서 Ib형 및 Ic형 초신성의 근본적인 메커니즘은 II형 초신성과 유사하므로 Ib형 및 Ic형은 Ia형과 II형 사이에 위치한다.[6] 유사성 때문에 Ib형 및 Ic형 초신성은 때때로 통칭하여 Ibc형 초신성이라고 부르기도 한다.[11]

Ic형 초신성의 작은 부분 집합이 감마선 폭발(GRB)의 전구체일 수 있다는 증거가 있다. 특히, 고속 유출에 해당하는 넓은 스펙트럼 선을 가진 Ic형 초신성은 GRB와 강력하게 연관되어 있다고 생각된다. 그러나 모든 수소가 제거된 Ib형 또는 Ic형 초신성이 폭발의 기하학적 구조에 따라 GRB가 될 수 있다는 가설도 있다.[12] 어떤 경우든, 천문학자들은 대부분의 Ib형, 아마도 Ic형도 백색 왜성의 핵융합 반응 폭주보다는 박탈된 거대 별의 중심 붕괴의 결과라고 믿고 있다.[6]

초신성이 되기 전, 진화의 최종 단계에 도달한 대질량 별은, 서로 다른 종류의 원소가 층을 이루는 양파와 같은 구조가 된다. 가장 바깥쪽 층은 수소이며, 안쪽으로 갈수록 헬륨, 탄소, 산소 등이 된다. 따라서, 바깥쪽의 수소 층이 벗겨지면, 주로 헬륨으로 이루어진 다음 층이 노출된다. 매우 뜨겁고 질량이 큰 별이, 항성풍에 의해 큰 질량 손실이 일어나는 진화 단계까지 도달하면, 이러한 일이 일어난다. 매우 질량이 큰 별 (태양 질량의 25배 이상)은, 매년 10-5 태양 질량을 잃을 수 있으며, 이는 10만 년에 태양 1개 분이 없어지는 정도이다.[24]

3. 3. 감마선 폭발과의 연관성

Ic형 초신성의 일부는 감마선 폭발(GRB)과 관련이 있다는 증거가 있다. 특히, 빠른 속도로 분출되는 물질(고속 유출)에 의해 넓은 스펙트럼 선을 보이는 Ic형 초신성은 GRB와 강하게 연관된 것으로 추정된다. 그러나 폭발의 기하학적 구조에 따라, 모든 수소가 제거된 Ib형 또는 Ic형 초신성도 GRB가 될 수 있다는 가설도 있다.[12]

4. 광도 곡선

광도 곡선(시간에 따른 광도 변화를 나타내는 그래프)은 Ib형 및 Ic형 초신성에서 다양하게 나타난다. Ib형 초신성은 Ia형 초신성과 거의 동일한 광도 곡선을 가질 수도 있지만, 최대 광도가 더 낮고 더 붉은 경향이 있으며, 적외선 영역에서는 II-L형 광도 곡선과 유사하다. Ib형 초신성은 Ic형보다 스펙트럼 곡선의 감소율이 느리다.[6][15]

Ia형 초신성의 광도 곡선은 표준 촛불 역할을 하여 거리를 측정하는 데 유용하지만, Ib형 및 Ic형 초신성은 스펙트럼이 유사하여 거리 추정에 혼란을 줄 수 있으므로 주의해야 한다.[16]

4. 1. 광도 곡선의 특징

광도 곡선(시간에 따른 광도 변화를 나타내는 그래프)은 Ib형 초신성의 경우 형태가 다양하지만, 어떤 경우에는 Ia형 초신성과 거의 동일할 수 있다. 하지만 Ib형 광도 곡선은 최대 광도가 더 낮고 더 붉은 경향이 있다. 적외선 스펙트럼 영역에서 Ib형 초신성의 광도 곡선은 II-L형 광도 곡선과 유사하다.[15] Ib형 초신성은 일반적으로 Ic형보다 스펙트럼 곡선의 감소율이 느리다.[6]

Ia형 초신성의 광도 곡선은 표준 촛불 역할을 하여 우주론적 규모의 거리를 측정하는 데 유용하다. 그러나 Ib형 및 Ic형 초신성의 스펙트럼 유사성 때문에 후자는 초신성 탐사의 오염원이 될 수 있으며, 거리 추정 전에 관측된 표본에서 주의 깊게 제거해야 한다.[16]

4. 2. 표준 촛불로서의 활용과 한계

Ia형 초신성의 광도 곡선은 우주론적 규모의 거리를 측정하는 데 유용하며, 표준 촛불 역할을 한다. 그러나 Ib형 및 Ic형 초신성은 Ia형 초신성과 스펙트럼이 유사하여 초신성 탐사의 오염원이 될 수 있다. 따라서 거리 추정 전에 관측된 표본에서 Ib형 및 Ic형 초신성을 주의 깊게 제거해야 한다.[16][31] Ib형 초신성의 광도 곡선은 형태에 따라 변화하지만, Ia형 초신성의 광도 곡선과 유사한 형태를 보이기도 한다. 하지만 Ib형의 광도 곡선은 Ia형보다 최대 광도가 낮고 더 붉은색을 띨 수 있다. 스펙트럼의 적외선 부분에서 Ib형의 광도 곡선은 II-L형과 유사하다.[15][30] 또한, Ib형 초신성은 일반적으로 Ic형보다 스펙트럼 곡선의 감소율이 느리다.[6][22]

참조

[1] 간행물 Early spectroscopic identification of SN 2008D 2008
[2] 간행물 An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova 2008
[3] 웹사이트 NASA's Swift Satellite Catches First Supernova in the Act of Exploding http://www.nasa.gov/[...] NASA/GSFC 2008-05-21
[4] 간행물 The Classification of Supernovae 1993
[5] 웹사이트 Supernova Taxonomy https://web.archive.[...] Naval Research Laboratory 2006-11-09
[6] 간행물 Supernovae and Their Massive Star Progenitors 2004
[7] 웹사이트 Type Ib Supernova Spectra http://cosmos.swin.e[...] Swinburne University of Technology 2010-05-05
[8] 간행물 Chemical enrichment by Wolf-Rayet and asymptotic giant branch stars 2003
[9] 간행물 Close Binary Progenitors of Type Ib/Ic and IIb/II-L Supernovae 1995-10-26/1995-11-01
[10] 간행물 Type Ib and Ic Supernovae: Models and Spectra Kluwer Academic Publishers 1995-06-20/1995-06-30
[11] 간행물 Initial Statistics from the Perth Automated Supernova Search
[12] 간행물 Modulations in the radio light curve of the Type IIb supernova 2001ig: evidence for a Wolf-Rayet binary progenitor? 2004
[13] 웹사이트 A first estimate of the radio supernova rate http://www.atnf.csir[...] Astronomical Society of Australia 2007-02-08
[14] 간행물 A faint type of supernova from a white dwarf with a helium-rich companion
[15] 간행물 Light curves of type Ib supernova: SN 1984l in NGC 991 1987
[16] 간행물 The Effect of Type Ibc Contamination in Cosmological Supernova Samples 2005
[17] 간행물 Early spectroscopic identification of SN 2008D
[18] 간행물 An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova
[19] 웹사이트 NASA's Swift Satellite Catches First Supernova in the Act of Exploding http://www.nasa.gov/[...] NASA/GSFC 2008-05-22
[20] 간행물 The Classification of Supernovae
[21] 웹사이트 Supernova Taxonomy http://rsd-www.nrl.n[...] Naval Research Laboratory 2006-11-09
[22] 간행물 Supernovae and Their Massive Star Progenitors
[23] 웹사이트 Type Ib Supernova Spectra http://cosmos.swin.e[...] Swinburne University of Technology 2010-05-05
[24] 간행물 Chemical enrichment by Wolf-Rayet and asymptotic giant branch stars
[25] 간행물 Close Binary Progenitors of Type Ib/Ic and IIb/II-L Supernovae 1995-10-26/1995-11-01
[26] 간행물 Type Ib and Ic Supernovae: Models and Spectra Kluwer Academic Publishers 1995-06-20/1995-06-30
[27] 간행물 Initial Statistics from the Perth Automated Supernova Search
[28] 간행물 Modulations in the radio light curve of the Type IIb supernova 2001ig: evidence for a Wolf-Rayet binary progenitor?
[29] 웹사이트 A first estimate of the radio supernova rate http://www.atnf.csir[...] Astronomical Society of Australia 2007-02-08
[30] 간행물 Light curves of type Ib supernova: SN 1984l in NGC 991
[31] 간행물 The Effect of Type Ibc Contamination in Cosmological Supernova Samples http://www.journals.[...]
[32] 간행물 Early spectroscopic identification of SN 2008D 2008
[33] 간행물 An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova 2008
[34] 웹인용 NASA's Swift Satellite Catches First Supernova in the Act of Exploding http://www.nasa.gov/[...] NASA/GSFC 2008-05-22
[35] 간행물 The Classification of Supernovae https://archive.org/[...] 1993
[36] 웹인용 Supernova Taxonomy http://rsd-www.nrl.n[...] Naval Research Laboratory 2002-02-12
[37] 저널 Supernovae and Their Massive Star Progenitors 2004
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