Intermediate Luminosity Optical Transients

Beyond supernovae (SNe), very few cosmic explosions can release an amount of kinetic energy of the order of 10ˆ{51} erg (1 foe). In past years, modern all-sky surveys discovered numerous peculiar transients releasing much lower energies. With the label of Intermediate Luminosity Optical Transients or Gap Transients, we refer to objects fainter than typical SNe but brighter than classical novae (i.e., they lay in the magnitude range -10< Mv < -15 mag). In this poorly populated luminosity range (the “gap”), we find several types of stellar transients, including faint supernovae, giant eruptions of massive stars including luminous blue variables (LBVs), intermediate-luminosity red transients (ILRTs), and luminous red novae (LRNe). These gap transients may originate from various physical mechanisms, and sometimes the classification is a tricky task. A major goal of this research work is characterising the observational properties and correlating the physical parameters of gap transients, shedding light on their nature. In this thesis project, I studied in detail a recent faint and red transient, AT 2017be, classified as an ILRT, and show that an electron-capture supernova (EC SN) is the most likely scenario to explain the observed outburst. In-depth analysis on a large ILRT sample favours the same explosion mechanism for all of them. Finally, I studied an unprecedented object, AT 2018hso, that reveals transitional observational properties between ILRTs and LRNe, making its precise classification dubious. However, follow-up observations support it to be a LRN, hence most likely a transient produced by a stellar merging event.

Oltre alle supernove (SNe), pochissime esplosioni cosmiche sono in grado di rilasciare una quantità di energia cinetica dell’ordine di 1051 erg (1 foe). Negli anni passati, moderne “all-sky surveys” hanno permesso di scoprire numerosi transienti peculiari che rilasciavano energie molto più modeste. Con il nome di transienti ottici di luminosità intermedia o transienti nel “gap”, ci riferiamo ad oggetti che sono più deboli delle tipiche SNe ma più luminosi delle classiche novae (cio`e hanno magnitudine nell’intervallo -10< MV < -15 mag). In questo intervallo di luminosità scarsamente popolato (il “gap”), troviamo diversi tipi di transienti stellari, tra cui supernove deboli, eruzioni giganti di stelle massicce incluse le Variabili Luminose Blu (LBV), i transienti rossi di luminosità intermedia (ILRTs) e le novae rosse luminose (LRNe). Questi transienti di “gap” possono essere prodotti da diversi meccanismi fisici, e talvolta la loro classificazione è un compito arduo. Uno degli obiettivi principali di questo studio è caratterizzare le proprietà osservative e correlare i parametri fisici dei transienti di “gap”, svelandone la natura. In questo lavoro di tesi, ho studiato in dettaglio un recente evento transiente debole e rosso, AT 2017be, classificato come ILRT, e ho mostrato come una supernova prodotta da cattura elettronica (EC SN) sia lo scenario più probabile per spiegare l’evento eruttivo osservato. Un’analisi approfondita su un grande campione di ILRTs favorisce lo stesso meccanismo di esplosione per tutti questi transienti. Infine, ho studiato un oggetto senza precedenti, AT 2018hso, che rivela proprietà osservative intermedie tra quelle degli ILRT e le LRNe, e che rendono una sua precisa classificazione incerta. Tuttavia, le osservazioni di follow-up supportano la tesi che sia un LRN, quindi probabilmente un transiente prodotto da un evento di coalescenza stellare.