Progenitor properties of type II supernovae: fitting to hydrodynamical models using Markov chain Monte Carlo methods

• Autores: Martinez, Laureano; Bersten, Melina C.; Anderson, Joe; González-Gaitán, Sergio; Forster, Francisco; Folatelli, Gastón
• Año de publicación: 2020
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Astronomía; Supernovae: General; Stars: Evolution; Stars: Massive; Astronomía
• Institución: Universidad Nacional de Río Negro

Fil: Bersten, Melina. Instituto de Astrofísica de La Plata, CONICET-UNLP; Argentina.
Fil: Folatelli, Gastón. Instituto de Astrofísica de La Plata, CONICET-UNLP; Argentina
Fil: Martinez, Laureano. Universidad Nacional de Río Negro. Río Negro, Argentina.
Fil: Martinez, Laureano. Instituto de Astrofísica de La Plata, CONICET-UNLP; Argentina
Fil: Anderson, Joe. European Southern Observatory, Alonso de Córdova 3107, Casilla 19, Santiago, Chile
Fil: González-Gaitán, S. CENTRA-Centro de Astrofísica e Gravitaçäo and Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Avenida Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal
Fil: Forster, Francisco. Centre for Mathematical Modelling, University of Chile, Santiago, Chile
Fil: Forster, Francisco. Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Camino El Observatorio 1515, Las Condes, 7591245 Santiago, Chile
Se adjunta versión aceptada del artículo. Fue parcialmente financiado por el PI2018 40B696.
The progenitor and explosion properties of type II supernovae (SNe II) are fundamental to understand the evolution of massive stars. Special interest has been given to the range of initial masses of their progenitors, but despite the efforts made, it is still uncertain. Direct imaging of progenitors in pre-explosion images point out an upper initial mass cutoff of ∼ 18 M⊙ . However, this is in tension with previous studies in which progenitor masses inferred by light curve modelling tend to favour high-mass solutions. Moreover, it has been argued that light curve modelling alone cannot provide a unique solution for the progenitor and explosion properties of SNe II. We develop a robust method which helps us to constrain the physical parameters of SNe II by fitting simultaneously their bolometric light curve and the evolution of the photospheric velocity to hydrodynamical models using statistical inference techniques. Pre-supernova red supergiant models were created using the stellar evolution code MESA, varying the initial progenitor mass. The explosion of these progenitors was then processed through hydrodynamical simulations, where the explosion energy, synthesised nickel mass, and the latter's spatial distribution within the ejecta were changed. We compare to observations via Markov chain Monte Carlo methods. We apply this method to a well-studied set of SNe with an observed progenitor in pre-explosion images and compare with results in the literature. Progenitor mass constraints are found to be consistent between our results and those derived by pre-SN imaging and the analysis of late-time spectral modelling. We have developed a robust method to infer progenitor and explosion properties of SN II progenitors which is consistent with other methods in the literature, which suggests that hydrodynamical modelling is able to accurately constrain physical properties of SNe II.
Las propiedades progenitoras y de explosión de las supernovas de tipo II (SNe II) son fundamentales para comprender la evolución de las estrellas masivas. Se ha prestado especial interés al rango de masas iniciales de sus progenitores, pero a pesar de los esfuerzos realizados, aún es incierto. Las imágenes directas de los progenitores en las imágenes previas a la explosión señalan un límite de masa inicial superior de ∼ 18 M⊙. Sin embargo, esto está en tensión con estudios previos en los que las masas progenitoras inferidas por el modelado de la curva de luz tienden a favorecer las soluciones de gran masa. Además, se ha argumentado que el modelado de la curva de luz por sí solo no puede proporcionar una solución única para las propiedades progenitoras y de explosión de SNe II. Desarrollamos un método robusto que nos ayuda a restringir los parámetros físicos de SNe II ajustando simultáneamente su curva de luz bolométrica y la evolución de la velocidad fotosférica a modelos hidrodinámicos utilizando técnicas de inferencia estadística. Los modelos de supergigantes rojos anteriores a la supernova se crearon utilizando el código de evolución estelar MESA, variando la masa del progenitor inicial. La explosión de estos progenitores se procesó luego a través de simulaciones hidrodinámicas, donde se cambiaron la energía de explosión, la masa de níquel sintetizado y la distribución espacial de este último dentro de la eyección. Comparamos con las observaciones a través de los métodos de Monte Carlo de la cadena de Markov. Aplicamos este método a un conjunto bien estudiado de SNe con un progenitor observado en imágenes previas a la explosión y lo comparamos con los resultados de la literatura. Se encontró que las restricciones de masa de los progenitores son consistentes entre nuestros resultados y los derivados de las imágenes previas al SN y el análisis de modelos espectrales tardíos. Hemos desarrollado un método robusto para inferir las propiedades progenitoras y de explosión de los progenitores SN II que es consistente con otros métodos en la literatura, lo que sugiere que el modelado hidrodinámico es capaz de restringir con precisión las propiedades físicas de SNe II.