[論文レビュー] VLBI observations of SN 2008iz: I. Expansion velocity and limits on anisotropic expansion

A. Brunthaler, I. Martí‐Vidal+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 44被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、M82の超新星SN 2008izの初のVLBI画像を提示し、約23,000 km s⁻¹の膨張殻を明らかにした。これはシンクロトロン自己吸収支配とは一致しない予想外の高い膨張速度を示しており、SN 2008izはタイプII超新星であり、密度の高い分子雲に遮蔽されたコアコラプス爆発である可能性が示唆される。非対称爆発の証拠はなく、X線放射の上限は吸収に一致している。

ABSTRACT

We present observations of the recently discovered supernova 2008iz in M82 with the VLBI High Sensitivity Array at 22 GHz, the Very Large Array at frequencies of 1.4, 4.8, 8.4, 22 and 43 GHz, and the Chandra X-ray observatory. The supernova was clearly detected on two VLBI images, separated by 11 months. The source shows a ring-like morphology and expands with a velocity of ~23000 km/s. The most likely explosion date is in mid February 2008. The measured expansion speed is a factor of ~2 higher than expected under the assumption that synchrotron self-absorption dominates the light curve at the peak, indicating that this absorption mechanism may not be important for the radio emission. We find no evidence for an asymmetric explosion. The VLA spectrum shows a broken power law, indicating that the source was still optically thick at 1.4 GHz in April 2009. Finally, we report upper limits on the X-ray emission from SN 2008iz and a second radio transient recently discovered by MERLIN observations.

研究の動機と目的

• VLBI画像を用いてSN 2008izの膨張速度を測定し、その物理的性質と爆発メカニズムを制約する。
• 超新星の電波放射に、非対称な膨張または非対称爆発が存在するかを調査する。
• 電波スペクトル指数と折り返し周波数を決定し、光学的厚さと放射メカニズムを評価する。
• SN 2008izおよび第二の準定常天体からのX線放射の上限を設定し、吸収と全放射出力の評価を行う。

提案手法

• 11か月間隔の2回の観測を、高感度アレイを用いて22 GHzでVLBI観測し、膨張する殻を解像した。
• バリエーション・アレイ（VLA）を用いて1.4–43 GHzでSN 2008izを観測し、広帯域電波スペクトルを構築し、スペクトル指数と折り返し周波数を決定した。
• チャンドラX線観測を用いて、密度の高い分子雲による吸収を考慮したX線全放射出力の上限を導出した。
• VLBIデータの電離層および大気遅延を補正するために、M81*およびクェーサーを用いた位相参照技術を適用した。
• 距離を3.6 Mpcと仮定して、2回のVLBI観測間での角サイズ変化から膨張速度を導出した。
• VLAスペクトルに不連続なパワーロー法をフィットさせ、光学的厚さおよび薄さ領域における折り返し周波数とスペクトル指数を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 2008izの真の膨張速度は何か？ また、シンクロトロン自己吸収に基づく理論的予想と比較するとどうなるか？
• RQ2 殻構造や速度構造のずれによって示されるように、超新星爆発は非対称的か？
• RQ3 電波スペクトル指数と折り返し周波数は何か？ それらは光学的厚さと放射メカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 SN 2008izのX線全放射出力は何か？ そして、銀河間物質による吸収は検出可能性にどのように影響するか？
• RQ5 SN 1993Jなどの他のタイプII電波超新星と比較して、SN 2008izの全放射出力、膨張、スペクトル進化はどのように異なるか？

主な発見

• VLBI画像は、約23,000 km s⁻¹で膨張する殻状構造を示しており、観測間の11か月の期間差がある。
• 測定された膨張速度は、シンクロトロン自己吸収（SSA）支配下での予想を約2倍も上回っており、SSAが支配的でないことを示唆している。
• 最も可能性の高い爆発日は2008年2月中旬であり、1月22日から3月24日までの間と制限されている。
• 非対称な膨張の証拠は見つからず、2回のVLBI画像は高い自己類似性を示しており、球対称的な流れである可能性が高い。
• VLAスペクトルは、折り返し周波数1.5 ± 0.1 GHz、光学的薄さ領域におけるスペクトル指数-1.08 ± 0.08で、不連続なパワーロー法に最もよく適合する。
• X線全放射出力の上限は、約75日目で~1.5 × 10⁴¹ erg s⁻¹、約200日目で~1.5 × 10³⁹ erg s⁻¹であり、密度の高い分子雲（N(H₂) = 5.4 × 10²² cm⁻²、A_V = 24.4 mag）による吸収と一致している。