SN 2020bij and a Possible Slow-Rise High-Velocity Subclass of Type IIP Supernovae

Resumen Técnico: SN 2020bij y una posible subclase de SNe IIP de ascenso lento y alta velocidad

Planteamiento del Problema
Se ha descubierto recientemente que las supernovas de tipo IIP (SNe IIP), resultantes del colapso del núcleo de estrellas supergigantes rojas (RSG) individuales, a menudo requieren la interacción con material circunestelar (CSM) para reproducir el rápido ascenso hacia la fase de meseta observado en sus curvas de luz. Estudios previos utilizando modelos de radiación-hidrodinámica (por ejemplo, Morozova et al. 2017, 2018) y espectroscopía de tiempo temprano sugieren que la presencia de una masa significativa de CSM es común en las etapas finales de la evolución de las RSG. Sin embargo, la diversidad de los episodios de pérdida de masa en las RSG sigue estando mal comprendida. Este artículo investiga la SN 2020bij, un evento de tipo IIP caracterizado por un ascenso inusualmente lento hacia la meseta (~14 días) y altas velocidades de expansión, para determinar si representa una subclase física distinta que desafía la visión prevalente de una interacción de CSM ubicua.

Metodología
Los autores presentan observaciones multiespectrales de la SN 2020bij, descubierta en la galaxia espiral NGC 3463 (z = 0.013276) en el MJD 58877.68.

• Observaciones: Los datos fotométricos se obtuvieron en las bandas $UBV gri$ utilizando la red global de los Observatorios Las Cumbres (LCO), imágenes sin filtro del Observatorio Astronómico Itagaki, y datos de ATLAS y Gaia. El seguimiento espectroscópico se llevó a cabo mediante los espectrógrafos ESO-NTT (EFOSC2) y LCO FLOYDS, proporcionando una línea de base temporal de aproximadamente ~4 a ~51 días post-explosión.
• Selección de la Muestra: Para contextualizar la SN 2020bij, los autores identificaron otras cuatro SNe IIP de la literatura (ASASSN-14kg, SN 2018fif, SN 2021yja y SN 2023axu) que exhiben ascensos a la meseta igualmente lentos ($\gtrsim$10 días).
• Técnicas de Análisis:
  1. Análisis Fotométrico: Se calcularon los parámetros de la curva de luz (duración de la meseta $t_{PT}$ y tasa de declive $s_{50V}$). La evolución del color y las luminosidades bolométricas se derivaron mediante el ajuste de cuerpo negro de la distribución espectral de energía (SED).
  2. Modelado Analítico: Las curvas de luz tempranas se ajustaron utilizando los modelos de enfriamiento de choque analíticos de Sapir & Waxman (2017) y Morag et al. (2023). Estos modelos asumen una emisión alimentada únicamente por la energía del choque depositada en la envoltura estelar, sin interacción de CSM.
  3. Modelado Numérico: Los autores utilizaron SNEmcee, una nueva herramienta de ajuste MCMC de código abierto, para comparar los datos con una rejilla de modelos de progenitores numéricos (KEPLER) explotados con el Código de Explosión de Supernovas (SNEC). Los ajustes se realizaron tanto con como sin un componente de CSM parametrizado (definido por la escala de densidad $K$ y el espesor $\Delta R_{CSM}$).

Resultados Clave

• Características de la Curva de Luz: La SN 2020bij exhibe una duración de meseta de $92.07 \pm 2.35$ días y una tasa de declive típica de las SNe IIP. Sin embargo, su tiempo de ascenso de ~14 días es significativamente más largo que el típico $\lesssim$10 días observado en la mayoría de las SNe IIP. Los otros cuatro eventos de la muestra (ASASSN-14kg, SN 2018fif, SN 2021yja, SN 2023axu) comparten este carácter de ascenso lento.
• Velocidades de Expansión: El análisis espectroscópico revela que la SN 2020bij y los otros eventos de ascenso lento poseen altas velocidades de expansión, lo que los distingue del grueso de la población de SNe IIP.
• Restricciones de Modelado:
  • Enfriamiento de Choque: Tanto los modelos de Sapir & Waxman (2017) como los de Morag et al. (2023) reproducen con éxito las curvas de luz ópticas tempranas de la SN 2020bij y de los otros eventos de ascenso lento sin invocar interacción de CSM. Los modelos arrojan radios de progenitores consistentes con las RSG ($\sim$860 $R_\odot$ para la SN 2020bij) y masas de envoltura de $3-5 M_\odot$.
  • Discrepancias: Los modelos subestiman ligeramente el flujo en la banda U, una discrepancia también observada en otros eventos (por ejemplo, SN 2023axu), la cual los autores atribuyen a incertidumbres en el bloqueo de líneas en el UV en lugar de a la interacción de CSM.
  • Interacción de CSM: Cuando se aplicaron los modelos numéricos de SNEmcee que incluyen CSM, la adición de CSM no mejoró significativamente el ajuste. El análisis del Criterio de Información Bayesiano (BIC) favoreció fuertemente al modelo sin CSM ($\Delta$BIC $\approx$ 5.91), lo que sugiere que los datos no requieren un componente de CSM.
• Consistencia de la Muestra: Los cuatro SNe adicionales de ascenso lento también mostraron evidencia de una interacción de CSM débil o nula en la literatura previa y en el reanálisis de los autores, siendo el enfriamiento de choque suficiente para explicar su emisión temprana.

Significado y Reivindicaciones
El artículo propone que la SN 2020bij y las SNe IIP de ascenso lento y alta velocidad identificadas constituyen una nueva y rara subclase de supernovas de tipo IIP. A diferencia de la mayoría de las SNe IIP, que parecen requerir interacción de CSM para explicar los rápidos ascensos en las curvas de luz, esta subclase se caracteriza por:

1. Tiempos de Ascenso Lento: $\gtrsim$10 días hasta la meseta.
2. Altas Velocidades de Expansión.
3. Interacción de CSM Débil o Nula: Su emisión temprana es consistente con un enfriamiento de choque puro de un entorno de CSM confinado o ausente.

Los autores concluyen que estos eventos probablemente se originan de progenitores con un CSM relativamente confinado, ofreciendo un contraejemplo a la tendencia de pérdida de masa por CSM densa y ubicua en las RSG poco antes de la explosión. Comprender esta subclase se presenta como un paso clave para restringir la plena diversidad de los mecanismos de pérdida de masa en las etapas tardías de las estrellas masivas. El artículo enfatiza que la cobertura fotométrica y espectroscópica temprana es necesaria para mapear mejor esta subclase y sus propiedades físicas.