[論文レビュー] A bright triple transient that vanished within 50 minutes

E. Solano, Geoffrey W. Marcy+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2023

History and Developments in AstronomyPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

1952年にペイロマル・スカイサーベイの写真で観測された、約15等星の点状光源が3つ、50分以内に消失した、極めてまれな三重一時的現象。10.4メートルのグラン・テレスコピオ・カニアス（GTC）による追跡観測では、r ≈ 25.5等まで対応源が検出されず、1時間未満で10等以上暗黒化したことを示し、一時的な光学的爆発の三重像を形成する構造的で複雑な前方質量によるマイクロレンズ効果の可能性がある。

ABSTRACT

We report on three optically bright, ~15th mag, point-sources within 10 arcsec of each other that vanished within 1 hour, based on two consecutive exposures at Palomar Observatory on 1952 July 19 (POSS I Red and Blue). The three point-sources have continued to be absent in telescope exposures during 71 years with detection thresholds of ~21st mag. We obtained two deep exposures with the 10.4-m Gran Telescopio Canarias on 25 and 27 April 2023 in r and g-band, both reaching magnitude 25.5 (3-sigma). The three point-sources are still absent, implying they have dimmed by more than 10 magnitudes within an hour. When bright in 1952, the most isolated transient source has a profile nearly the same as comparison stars, implying the sources are sub-arcsec in angular size and they exhibit no elongation due to movement. This triple transient has observed properties similar to other cases where groups of transients ("multiple transients") have appeared and vanished in a small region within a plate exposure. The explanation for these three transients and the previously reported cases remains unclear. Models involving background objects that are optically luminous for less than one hour coupled with foreground gravitational lensing seem plausible. If so, a significant population of massive objects with structure serving as the lenses, to produce three images, are required to explain the hundreds of sub-hour transients.

研究の動機と目的

• 1952年に1時間以内に出現・消滅した珍しい明るい三重一時的現象の性質を調査すること。
• この一時的現象が既知の天体物理学的現象と整合するか、あるいは新しい物理的説明を要するかを特定すること。
• 前方の質量が複雑な構造を持つことで、一時的な光学的爆発が三重像に分離して観測されたという仮説を検証すること。
• 深紫外画像観測による機器的誤差、人工衛星の反射光、観測誤差を除外すること。
• 歴史的天球サーベイにおいて、1時間未満の短時間一時的現象がどの程度の統計的有意性を持つかを評価すること。

提案手法

• ペイロマル天文台が撮影した、互いに1時間以内に撮影されたPOSS Iの赤・青フィルムをデジタル化して解析し、2番目の露光に存在しなかった一時的源を特定する。
• 現代のサーベイ（Pan-STARRS, ZTF, SDSS, Gaia EDR3）との照合により、後続の観測で源が存在しないことを確認する。
• 10.4メートルのグラン・テレスコピオ・カニアス（GTC）を用いたrバンドおよびgバンドの深紫外画像観測。3σの限界等級は25.5等に達する。
• SExtractorを用いた画像処理により点状源を検出し、基準星と比較して源の形状や角サイズを評価する。
• 前方の質量が十分に構造的複雑性を持つことで、1つの背景源が三重の像に分離する重力レンズ現象をモデル化する。
• 既知の複数一時的現象の報告（例：Villarroel et al., 2021; Solano et al., 2022）と統計的比較を行い、一貫性と希少性を評価する。

Figure 1: Supercosmos digitization (Hambly et al., 2001 ) of the Palomar Observatory Sky Survey (POSS) red-sensitive image, taken on 1952 July 19. This is a zoom, 3x3 arcmin, centered on three bright ( $R$ Supercosmos $\sim$ 15 mag) point-sources, marked by the blue arrow, at coordinates RA = 21 h 1

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1952年7月19日、1つの天球領域で3つの明るく、明確な点状光源が50分以内に出現・消滅した原因は何か？
• RQ2 観測された一時的現象は、複雑な構造を持つ前方質量によるマイクロレンズ効果によって、一時的な光学的爆発が三重像に分離した結果として説明可能か？
• RQ3 これらの現象が、25.5等まで深紫外画像観測を行った現代のサーベイでも再び現れないのはなぜか？
• RQ4 観測結果が示唆する1時間未満で10,000倍の明るさの低下を引き起こす物理的メカニズムは存在するか？
• RQ5 これらの現象は、短時間一時的現象の未発見の集団を示しており、FTB（短時間電波パルス）やその他の高エネルギー現象と関連しているのだろうか？

主な発見

• 1952年7月19日、1枚のPOSS I露光で、約15等星の3つの点状光源が出現し、50分以内に消失。その後のあらゆるサーベイで検出されなかった。
• GTCによるrバンドおよびgバンドの深紫外画像観測で、25.5等まで対応源が検出されず、1時間未満で10等以上暗黒化したことが確認された。
• 一時的現象の源は、延長や運動を示さず、サブアーカ秒スケールの角サイズで、顕著な自己運動もなかった。
• 三重一時的現象は、構造的複雑性を持つ前方質量が、1つの背景源を三重像に分離する重力レンズ効果と整合的である。
• 1枚の露光内で出現・消滅する複数一時的現象（本件では3つ）は、71年間の追跡観測にもかかわらず、類例が極めて少なく、この現象はそのうちの数例の1つに過ぎない。
• 観測された性質は、明るいM型矮星の爆発、小惑星、人工衛星の反射光といった既知の一時的現象クラスとは整合せず、対称的かつ三重像の消失を示すためである。

Figure 2: Four exposures taken during 1952 of the 3x3 arcmin region of sky centered on the triple transient seen in July 1952. Upper Left: the POSS I Red image on 1952 July 19 at 8:52 (UT) containing the triple transient just above center. Upper Right: a 10 m exposure POSS I Blue image taken immedia