[論文レビュー] The SN 2008S Progenitor Star: Gone or Again Self-Obscured?

J. L. Prieto, D. Szczygiel+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この研究では、SN 2008Sの前身星が2008年の爆発後に生存したか、それとも新しく形成されたダストに隠れているかを調査する。後期のLBT観測により、光学バンドでは検出されない（限界〜25 mag）が、近赤外（Kバンド〜20 mag）では検出され、急速に減光していることが判明。これは約900 Kの衝撃加熱ダストと、約40,000 L☉の輝度と一致する。一定温度での急速な減光は、生存星ではなく一時的発光を支持するが、ダスト光球面の確認や生存前身星の除外にはスパッツァー観測が必要である。

ABSTRACT

We obtained late-time optical and near-IR imaging of SN 2008S with the Large Binocular Telescope (LBT). We find that (1) it is again invisible at optical (UBVR) wavelengths to magnitude limits of approximately 25 mag, and (2) while detected in the near-IR (HK) at approximately 20 mag, it is fading rapidly. The near-IR detections in March and May 2010 are consistent with dust emission at a blackbody temperature of T ~ 900 K and a total luminosity of L ~ 40000 Lsun, comparable to the luminosity of the obscured progenitor star. If it is a supernova, the near-IR emission is likely due to shock heated dust since the elapsed time from peak is too long to support a near-IR dust echo and the decline in luminosity is shallower than the 56Co slope. If it is reprocessed emission from a surviving progenitor, a dust photosphere must have reestablished itself closer to the star than before the transient (~40 AU rather than 150 AU), unless there is a second, cooler dust component that dominates at mid-IR wavelengths. The continued rapid fading at roughly constant temperature favors transient emission, but the SED peaks in the mid-IR and future Spitzer observations will be needed to close the case.

研究の動機と目的

• SN 2008Sの前身星が2008年の爆発後に生存したか、それとも自己遮蔽ダストに隠れているかを特定すること。
• 2010年に観測された近赤外発光の原因が生存中の大質量星か一時的ダスト発光かを区別すること。
• 爆発前よりも星に近い位置に再確立されたダスト光球面があるかどうかを評価すること。
• 観測された輝度と減光率を説明するのに、衝撃加熱ダストと再出現する前身星のどちらが妥当かを評価すること。
• 今後のHSTおよびスパッツァー観測を指針とし、一時的源の性質を解明すること。

提案手法

• 大型二重望遠鏡（LBT）を用いて、後期の光学（UBVR）および近赤外（HK）画像観測を実施し、一時的源の検出を試みた。
• 2008年から2010年にかけて複数バンドにおける放射度と上限を測定し、特にKバンド光曲線に注目した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）を黒体モデルにフィットさせ、ダスト温度（〜900 K）と輝度（〜40,000 L☉）を推定した。
• 観測された近赤外減光率（1.023 mag/100日）を⁵⁶Coの崩壊勾配と比較し、エネルギー源を評価した。
• 質量放出率と衝撃速度モデルを用いて、事前に存在するダストの衝撃加熱の妥当性を評価した。
• 今後のスパッツァー観測が、中赤外発光を検出し、生存星と一時的ダストを区別するために不可欠であると提言した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2008Sの近赤外発光は、生存前身星によるものか、それとも一時的ダスト発光によるものか？
• RQ2 ダスト光球面は、爆発前の距離（約40 AU）よりも星に近い位置に再確立されたか（約150 AU vs. 約150 AU）？
• RQ3 観測された近赤外輝度と減光率は、衝撃加熱ダストまたは⁵⁶Co崩壊の予想と一致するか？
• RQ4 冷却した中赤外発光ダスト成分がボリオメトリック輝度を支配し、減光率の不一致を説明できるか？
• RQ5 今後のスパッツァー観測により、源が生存星か一時的ダストかを解明できるか？

主な発見

• 光学バンド（UBVR）では一時的源が検出されず、3σの限界で〜25 magまで検出されないため、光学に顕著な星や明るい発光は存在しない。
• 2010年3月および5月の近赤外検出では、源が〜20 magにあり、100日あたり1.023 magの速さで急速に減光しており、⁵⁶Coの崩壊と一致する。
• SEDは〜900 Kの黒体モデルにうまくフィットし、輝度は〜40,000 L☉であり、爆発前の前身星の輝度と同等である。
• 一定温度と急速な減光は、70,000 AUの距離に位置するダストからの近赤外エコーを排除する。これは一時的爆発のピーク輝度では加熱され得ない距離である。
• 観測された輝度減光は、⁵⁶Co崩壊の予想より遅いため、エネルギー源が純粋に放射性崩壊によるものではないと示唆する。
• データは、約1000〜2000 AUの距離に存在する事前ダストの衝撃加熱を支持するが、必要な衝撃速度（〜3000 km/s）と質量放出率（〜10⁻⁴ M☉/yr）は、観測された時間スケールと整合させるのが難しい。