[論文レビュー] VLBI Observations of SN 2009bb

M. F. Bietenholz, A. Soderberg+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 42被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、タイプI b/c超新星SN 2009bbのVLBIおよびVLA観測を行い、爆発後85日における相対論的噴流の上界として、0.64 mas未塔（4×10¹⁷ cm未塔）の角半径が得られた。高い電波輝度を示すが、ガンマ線バーストは検出されなかったことから、噴流が軸外方向を向いているか、VLBIデータにおけるコherエンス損失の影響を受ける可能性があることが示唆される。

ABSTRACT

We report on VLBI, as well as VLA radio observations of the Type Ib/c supernova 2009bb. The high radio luminosity of this supernova seems to require relativistic outflow, implying that the early radio emission was "engine-driven", that is driven by collimated outflow from a compact object, even though no gamma-ray emission was seen. The radio light curve shows a general decline, with a "bump" near t = 52 d, seen most prominently at 5 GHz. The lightcurve bump could be either engine-driven, or it might represent the turn-on of the normal radio emission from a supernova, driven by interaction with the CSM rather than by the engine. We undertook VLBI observations to resolve SN 2009bb's relativistic outflow. Our observations constrain the angular outer radius at an age of 85 d to be <0.64 mas, corresponding to <4 x 10^17 cm and an average apparent expansion speed of <1.74c. This result is consistent with the moderately relativistic ejecta speeds implied by the radio luminosity and spectrum.

研究の動機と目的

• 非常に長い基線干渉計測（VLBI）を用いてSN 2009bbにおける相対論的噴流を解像し、そのサイズと膨張速度を制約すること。
• 通常のタイプI b/c超新星よりも顕著に高い電波輝度を示す原因を調査し、これは中心エンジン駆動の相対論的噴流を示唆する。
• 観測された電波放射が中心エンジンによって駆動されているのか、それとも高密度の周囲星間物質（CSM）との衝撃波相互作用によるものかを特定すること。
• コherエンス損失や自己校正バイアスの影響を受ける状況下でも、VLBIの輝度密度測定の信頼性を評価すること。
• VLAで測定された全輝度密度とVLBI観測で回復された輝度密度の差異を解明すること。

提案手法

• サブミリアーセンド角分解能を達成するため、世界規模の電波望遠鏡アレイを用いて5 GHz帯でVLBI観測を実施。
• 大気的および機器的位相変動を補正するため、位相自己校正を適用し、画像の忠実度を向上。
• VLBI可視度データに円形ガウス分布をフィットさせ、源の角サイズと輝度密度を推定。
• 自己校正バイアスの有無をテストするため、既知の源サイズを持つ可視度データをシミュレートし、同一手順でフィットを実行。
• アンテナ利得校正誤差の影響を評価するため、利得を±25%ずつ変更し、それによるサイズ推定値のばらつきを測定。
• VLBIから得られた輝度密度とVLA測定値を比較し、コherエンス損失やデコherエンス効果の影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VLBI観測によって制約されるSN 2009bbにおける相対論的噴流の真の角サイズと膨張速度は何か？
• RQ2 VLBIから回復された輝度密度が、なぜVLAで測定された全輝度密度よりも顕著に低いのか？
• RQ3 VLBIとVLAの輝度密度差が、源の大きさや分解能の影響によるものではなく、コherエンス損失や機器的要因によるものではないか？
• RQ4 自己校正バイアスが測定された源サイズにどの程度影響を与え、最終的な推定値の補正にはどのように対処すべきか？
• RQ5 SN 2009bbの高い電波輝度は、中心エンジンが相対論的噴流を駆動していることによるものか、それとも高密度CSMとの衝撃波相互作用によるものか？

主な発見

• SN 2009bbの電波放射の角外半径は、爆発後85日時点で0.64 mas未塔（物理的半径4×10¹⁷ cm未塔）に制限される。
• 顕著な膨張速度は1.74c未塔であり、中程度の相対論的噴流と高い電波輝度の両者と整合的である。
• VLBIデータではVLAで測定された全輝度密度のおよそ50%しか回復できず、コherエンス損失やデコherエンスの影響が顕著であると示唆される。
• 自己校正は源サイズの推定値を過小評価するバイアスを生じさせ、補正後は0.26⁺⁰.⁰⁹₋₀.¹¹ masの非バイアス角サイズが推定され、99%信頼区間の上界は0.59 masとなる。
• モデルに高い輝度密度を強制すると、サイズ推定値が0.34⁺⁰.¹⁰₋₀.⁰⁴ masに増加し、カイ二乗統計量が著しく悪化するため、データは明確にコンパクトな源を支持している。
• VLAとVLBIの輝度密度差は、源の大きさや分解能の影響だけでは説明できないため、コherエンス損失が主因であると考えられ、SN 2007grなどの他の超新星の観測と整合的である。