[論文レビュー] Radio Imaging of SN 1993J: The Story Continues

M. F. Bietenholz, N. Bartel+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2010年に1.7 GHzで観測された、非常に長基線干渉計測定（VLBI）による超新星SN 1993Jの最新の電波画像を提示する。背景のルート・二乗平均（rms）を3.7 μJy bm⁻¹まで低下させるために、インビーム校正器技術が用いられた。研究では、超新星の殻がほぼ円形を保ち、初期速度の約30％にまで減速し、r ∝ t⁰.⁸にほぼ従って進化していることが確認された。一方、特に約8年を過ぎた後には殻の厚みが顕著に増加しており、自己相似的進化からの逸脱を示している。

ABSTRACT

We present the most recent VLBI images of SN 1993J, taken at 1.7 GHz on 2010 March 5-6, along with a discussion of its evolution with time. The new image is the latest in a sequence covering almost the entire lifetime of the supernova. For these latest observations we used an "in beam calibrator" technique, and obtained a background rms brightness of 3.7 micro-Jy/beam. The supernova shell remains quite circular in outline. Modulations in brightness are seen around the rim which evolve relatively slowly, having remained generally similar over the last several years of observation. We determine the outer radius of the supernova using visibility-plane model-fitting. The supernova has slowed down to around 30% of its original expansion velocity, and continues to expand with radius approximately proportional to t^0.8, however, deviations from a strict power-law evolution are seen. We do not find any clear-cut evidence for systematically frequency-dependent evolution, suggesting that the radii as determined from visibility-plane model-fitting continue to provide reasonable estimates of the physical outer shock-front radius.

研究の動機と目的

• 高分解能VLBIを用いて1.7 GHzでSN 1993Jを像写し、その長期的進化を研究すること。
• 可視性平面におけるモデルフィッティングを用いて物理的拡張速度および衝撃波面の半径を特定すること。
• 自己相似的べき則的拡張からの逸脱を調査し、周波数依存的進化の有無を評価すること。
• 画像平面におけるCPM手法と比較して、u-v平面におけるモデルフィッティング手法の半径測定における信頼性を検討すること。
• 時間経過に伴う殻の厚み（外半径と内半径の比）の進化を検討すること。

提案手法

• VLBI観測は、2010年3月5日〜6日にかけて、欧州VLBIネットワークおよびNRAOの18台の電波望遠鏡からなるグローバルアレイを用いて1.7 GHzで実施された。
• インビーム校正器技術が採用され、SN 1993Jとその位相基準源であるM81*の間に指向することで、大気による位相遅延を補正した。
• u-vデータに対して可視性平面におけるモデルフィッティングを適用し、超新星殻の外側および内側の角半径（θ_outおよびθ_in）を同時にフィットした。
• チェヴァリエのミニシェルモデルを用いて、拡張をr ∝ t^mとして解釈し、可視性データへのフィットからmを決定した。
• マーティ・ヴィダールらが適用した共通点法（CPM）の結果と比較することで、手法上の差異を評価した。
• 周波数依存的進化は、多周波数データから得られた半径を比較することで検証されたが、明確な周波数依存性は認められなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 1993Jの拡張は、まだべき則的進化に従っているか。そうでない場合、どのような逸脱が観測されたか？
• RQ2 u-v平面におけるモデルフィッティングから推定された、外側の衝撃波面の真の物理的半径は何か？
• RQ3 殻の厚み（θ_out / θ_in）は時間経過とともにどのように変化するのか。これは衝撃波ダイナミクスにどのような含意を持つのか？
• RQ4 SN 1993Jのような拡張源において、u-v平面におけるモデルフィッティング手法は画像平面におけるCPM手法よりも信頼性が高いとされるか？
• RQ5 超新星の拡張または明るさ分布に周波数依存的進化の兆候は見られるか？

主な発見

• SN 1993Jの外側半径は、r ∝ t⁰.⁸にほぼ従って進化するが、特にt ≈ 1年以降には明確なべき則からの逸脱が認められる。
• 超新星の拡張速度は初期値の約30％まで低下しており、時間の経過とともに顕著な減速が生じていることが示唆される。
• θ_out / θ_inの比として定量化される殻の厚みは、t ≈ 8年以降に系統的に増加し、t ≈ 16.9年には約1.7に達している。これは非一様な衝撃波進化を示している。
• 拡張または明るさ分布に明確な周波数依存性は認められず、u-v平面におけるモデルフィッティングを用いた外側衝撃波半径の推定に有効であることが支持される。
• u-v平面におけるモデルフィッティング手法は、CPM手法よりも半径のばらつきが著しく小さく、CPMの優れた正確性を主張する主張とは矛盾する。
• 観測された殻の厚みの増加は、シミュレーションで予測されるよりも顕著であり、未圧縮の降着物質における不安定性などの追加的な物理的過程が関与している可能性を示唆している。