[論文レビュー] How is really decelerating the expansion of SN1993J?

J. M. Marcaide, A. Alberdi+15 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2002

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、長期間にわたるVLBIモニタリングを用いてSN 1993Jの電波放射シェルの減速を調査し、その拡大が単一のべき乗則モデルから逸脱しており、代わりにm₁ = 0.933（t ≤ 403日）およびm₂ = 0.827（t ≥ 403日）の二段階の勾配を持つフィットが必要であることを明らかにした。これは時間に依存する減速を示している。スペクトル指数はα ≈ -1.0からα ≈ -0.67に変化し、これはタイプII超新星に一致する平坦なスペクトルを示唆している。一方、南東領域に著しい非対称性が持続していることから、周囲星間物質の不均一性が示唆される。

ABSTRACT

SN1993J is to date the radio supernova whose evolution has been monitored in greatest detail and the one which holds best promise for a comprehensive theoretical-observational analysis. The shell-like radio structure of SN1993J has expanded in general accord with models of shock excited emission, showing almost circular symmetry for over 8 years, except for a bright feature at the south-eastern region of the shell that has been observed at every epoch. The spectrum of SN1993J has flattened from alpha =-1 to alpha =-0.67 (S_(ν) propto nu**(alpha)). The decelerated expansion can be modeled well with a single slope but apparently better with two slopes. There are also intriguing hints of structure in the expansion curve. The results by the two VLBI groups carrying out this research show general agreement, but also some differences. A comparison of the optical and VLBI results about the details of the deceleration show some discrepancies.

研究の動機と目的

• 長基線干渉計測定を用いて、SN 1993Jの電波放射シェルの時間依存的減速を高精度で測定すること。
• 光学的測定とVLBI測定の間の拡大曲線に関する矛盾を解消すること。
• シェルの南東領域に持続する明るさの増強の原因を調査すること。
• スペクトル指数の時間的変化を特定し、構造的特徴と相関するかどうかを検討すること。
• 長期的な18 cmモニタリングを確立し、ネーブラー状態の放射が将来的に検出可能かどうかを確認し、理論的モデルを検証すること。

提案手法

• 6 cmでの高分解能グローバルVLBI観測を実施し、SN 1993Jのシェルの角度的拡大および形状を時間経過とともに追跡すること。
• クロージャー位相およびCLEANアルゴリズムを用いて画像を再構築し、アーティファクトの可能性を考慮しつつ構造の信頼性を評価すること。
• シェルの半径と時間のデータに単一および二段階のべき乗則モデル（R ∝ t^m）をフィットさせ、減速パラメータを定量的に評価すること。
• VLAデータをシンクロtronスペクトルにフィットさせ、自由自由吸収を一部含むことで、各エポックにおけるスペクトル指数αを測定すること。
• 二つの独立したVLBIグループ（MarcaideらとBartelら）の結果を比較し、一貫性を評価し、矛盾を特定すること。
• 流体力学的シミュレーションおよび電波放射モデルを用いて、観測された減速およびスペクトルの時間的変化を解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 1993Jのシェルの拡大は単一のべき乗則による減速に従うのか、それとも二段階のモデルが必要なのか？
• RQ2 シェルの南東領域に持続する明るさの増強の原因は何か。これは安定しているのか、それとも時間経過とともに変化しているのか？
• RQ3 SN 1993Jのスペクトル指数はどのように変化するのか。これは放射メカニズムおよび自由自由吸収にどのような意味を持つのか？
• RQ4 観測された非対称性および拡大曲線の可能性のある変動は、実際に存在するものなのか、それとも画像化および測定プロセスに起因するアーティファクトなのか？
• RQ5 長期的な18 cm観測により、SN 1987AやSN 1979Cで観測されたように、将来的に増加するネーブラー状態の放射を検出できるか？

主な発見

• SN 1993Jのシェルの拡大は、t ≤ 403日ではm₁ = 0.933、t ≥ 403日ではm₂ = 0.827の二段階べき乗則モデルで最もよく記述され、時間に依存する減速を示している。
• スペクトル指数は、日数2820でα ≈ -1.0（急勾配）からα ≈ -0.67（平坦）に変化し、典型的なタイプII超新星スペクトルへの移行を示している。
• 南東領域に、すべてのエポックで持続する局所的な明るさの増強が観測され、周囲星間物質の不均一性を示唆している。
• 1200〜2100日間にわたり、拡大曲線に可能性のある変動が観測されたが、まだ測定アーティファクトに起因するとは特定されていない。
• 二つのVLBIグループは全体的に一致しているが、シェルの厚さの推定値にわずかな差異が見られ（外部半径の30％対20％）、若干の不一致が存在する。
• 理論的モデルおよび流体力学的シミュレーションは、時間に依存する減速を支持しており、観測された二段階の拡大と整合的である。