Overluminous Core-Collapse Supernovae

Questa Tesi si incentra sullo studio fotometrico e spettroscopico di quattro su pernovae (SNe) di tipo IIn (cioµe SN 2006gy, 2007bt, 2007bw e 2008fz), che sono tra le supernovae più brillanti mai scoperte. Infatti appartengono alla classe delle SNe iperluminose o Very Luminous SuperNovae (VLSNe, supernovae molto brillanti), che al momento include altri 3-4 oggetti ben studiati. La loro luminosità assoluta all'epoca del massimo, MV < -20, è superiore rispetto a qualsiasi altro evento, sia di natura termonucleare che di collasso del core. L'enorme luminosità emessa (> 10^(51)erg nei primi 200 giorni) associa questi eventi a progenitori massicci o supermassicci, che hanno subito fenomeni di perdita di massa estremi durante le loro fasi evolutive finali. Comunque, al momento si stanno studiando anche altri meccanismi o possibili fonti di energia, e il dibattito sulla natura di questi eventi è tuttora aperto. Il primo oggetto discusso è la SN 2006gy, che è una delle supernovae più dibattute in assoluto. Contrariamente alle tipiche IIn, essa non mostrava alcuna emissione X o radio all'epoca del massimo di luminosità. Questo ha portato a considerare altre possibili sorgenti di energia oltre all'interazione. In questa Tesi, l'evoluzione delle curve di luce multibanda, la curva di luce pseudo-bolometrica e una sequenza di spettri vengono studiati per ricavare delle infor- mazioni sull'evoluzione e sulla natura della supernova e del progenitore. La curva di luce µe caratterizzata da un picco ampio e luminoso (MR = -21.7 a circa 70 giorni), seguito da un declino di luminosità veloce, il quale si assesta su un declino piµu lento, a circa 180 giorni. A fasi avanzate (>237 giorni), a causa del forte indebolimento della luminosità (>3 mag) vengono ricavati solo dei limiti ottici nelle bande B, R ed I. Nel vicino infrarosso, due detection nella banda K' indicano una possibile presenza di regioni di formazione di polvere, o eventualmente di echi infrarossi. A tutte le epoche gli spettri sono caratterizzati dalla presenza di pro¯li di righe a multi-componente, senza però alcun pro¯lo P-Cygni. Tramite un codice semi-analitico si trova che la curva di luce nei primi 170 giorni è consistente con l'esplosione di un progenitore compatto (R = 6-8 x 10^(12)cm, Mej = 5-14Msol), le cui ejecta collidono con dei clumps massicci (6-10 Msol) e opachi di materiale espulso precedentemente. Tali clumps non oscurano completamente la fotosfera della supernova, cosicché all'epoca del picco la luminosità è dovuta sia al decadimento radioattivo del 56Ni che all'interazione con il mezzo circumstellare. Vengono inoltre evidenziate, a partire da circa 170 giorni, delle analogie fotometriche e spettroscopiche tra la SN 2006gy e un gruppo di supernovae interagenti (cioè SN 1997cy, 1999E e 2002ic). Ciò suggerisce che l'interazione tra ejecta e CSM gioca un ruolo importante anche nella SN 2006gy a circa 6-8 mesi dal massimo, sostenendo la curva di luce a fasi avanzate. In alternativa, la luminositµa a queste fasi potrebbe essere dovuta al decadimento radioattivo di 3Msol di 56Ni. Questo scenario non richiede la presenza di una stella supermassiccia o di un'energia straordinariamente grande per spiegare i dati osservativi. Anche per le supernovae 2007bt, 2007bw e 2008fz vengono presentate delle curve di luce UBVRI e una sequenza di spettri estesa. Vengono messe in luce analogie e differenze tra tali supernovae e tra le VLSNe in letteratura. Dal punto di vista fotometrico si mostra che le curve di luce delle SNe 2007bt e 2007bw differiscono sostanzialmente da quella della SN 2008fz, poiché evolvono più lentamente, sono piµu rosse a fasi iniziali e decadono ad un tasso consistente con quello predetto dal decadimento del 56Co. Spettroscopicamente i tre eventi sono caratterizzati da righe di emissione ad alte velocità, ¯fino a 12000 km/s . Gli spettri delle supernovae 2007bt e 2007bw sono dominati dalle righe di Balmer su un continuo relativamente piatto (TBB = 6000-¡ 7000 K). Inoltre viene osservata un'asimmetria nel profilo iniziale di Halpha, che però si indebolisce col tempo. Dalla misura della componente strette di Halpha nella SN 2007bt si ricavano velocità di 320 km/s , le quali sono consistenti solo con i venti di stelle LBV (luminose, blu, variabili). Si trova inoltre che i primi spettri della SN 2008fz sono consistenti con quelli della SN 2006gy; tuttavia, essi indicano temperature maggiori (TBB = 14000 K) ed un'espansione piµu rapida. Per i tre eventi, l'energia in gioco, la luminositµa, il raggio iniziale (> 10^(15)cm) e la cinematica derivati dall'analisi delle curve di luce e degli spettri potrebbe essere riprodotta dalla conversione di energia cinetica in radiazione da parte di un mezzo circumstellare ricco di clumps, il quale viene raggiunto dalle ejecta energetiche della supernova, similmente a quanto supposto per SN 2006gy. Per le SNe 2007bt e 2007bw l'asimmetria del pro¯lo di Halpha può essere spie- gata se un mezzo massiccio (>10 Msol ) ricco di clumps si trova esattamente davanti all'osservatore, perpendicolarmente alla linea di vista. L'asimmetria nella distribuzione del mezzo circumstellare potrebbe essere dovuta ad effetti di binarietà del sistema del progenitore, o ad espulsioni di materiale asimmetriche in una stella singola. Per la SN 2008fz la rapida espansione del raggio iniziale di corpo nero tende a favorire un mezzo meno massiccio (> 10Msol), il quale viene riscaldato ed accelerato efficientemente dalle ejecta ad alta velocità. A causa della massa relativamente piccola del mezzo, il tempo di diffusione dei fotoni inferiore di quanto calcolato per la SN 2006gy, cosicché l'energia radiativa diminuisce rapidamente, come la curva di luce. Come nel caso della SN 2006gy, il vantaggio di questi scenari è che non involvono alcun meccanismo di esplosione esotico. Tuttavia, la loro evoluzione fotometrica può essere consistente anche con altri scenari. Tra questi, anche l'esplosione di una supernova di instabilità di coppia non può essere esclusa. Questi ed altri scenari vengono discussi nel capitolo conclusivo.