[논문 리뷰] A bright triple transient that vanished within 50 minutes

E. Solano, Geoffrey W. Marcy외 6명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 13.

History and Developments in AstronomyPhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

1952년에 팔로마 천문대 쌍성 촬영판에서 약 15등급의 세 개의 점원형 천체가 50분 이내로 사라지는 희귀한 삼중 일시적 현상. 10.4m 그란 테스코피오 칸아리아스(GTC)로 수행한 후속 관측에서 r ≈ 25.5 mag 이하의 대응체를 발견하지 못해, 한 시간 이내에 10 magnitudes 이상의 밝기 감소를 시사하며, 이는 일시적인 광학적 폭발의 세 개의 영상으로 이어지는 복잡한 구조를 가진 전경 질량에 의한 마이크로 렌즈 효과일 가능성이 있음.

ABSTRACT

We report on three optically bright, ~15th mag, point-sources within 10 arcsec of each other that vanished within 1 hour, based on two consecutive exposures at Palomar Observatory on 1952 July 19 (POSS I Red and Blue). The three point-sources have continued to be absent in telescope exposures during 71 years with detection thresholds of ~21st mag. We obtained two deep exposures with the 10.4-m Gran Telescopio Canarias on 25 and 27 April 2023 in r and g-band, both reaching magnitude 25.5 (3-sigma). The three point-sources are still absent, implying they have dimmed by more than 10 magnitudes within an hour. When bright in 1952, the most isolated transient source has a profile nearly the same as comparison stars, implying the sources are sub-arcsec in angular size and they exhibit no elongation due to movement. This triple transient has observed properties similar to other cases where groups of transients ("multiple transients") have appeared and vanished in a small region within a plate exposure. The explanation for these three transients and the previously reported cases remains unclear. Models involving background objects that are optically luminous for less than one hour coupled with foreground gravitational lensing seem plausible. If so, a significant population of massive objects with structure serving as the lenses, to produce three images, are required to explain the hundreds of sub-hour transients.

연구 동기 및 목표

• 1952년 50분 이내로 나타나고 사라진 희귀하고 밝은 삼중 일시적 현상의 성격을 조사하기 위해.
• 이 일시적 천체들이 알려진 천체물리 현상과 일치하는지 또는 새로운 물리적 설명이 필요한지 판단하기 위해.
• 이 일시적 현상이 복잡한 구조를 가진 전경 질량이 단일 배경 천체를 마이크로 렌즈로 세 개의 영상으로 나누어 발생시켰다는 가설을 검증하기 위해.
• 깊은 후속 관측을 통해 기기 오차, 인공위성 반사, 관측 오류 등을 배제하기 위해.
• 역사적 천체망원경 촬영판에서의 이러한 1시간 이내의 일시적 현상의 통계적 의의를 평가하기 위해.

제안 방법

• 팔로마 천문대에서 촬영한 POSS I 빨간색 및 파란색 촬영판을 디지털화하여, 두 번째 촬영에서 존재하지 않는 일시적 천체를 식별하기 위해 분석함.
• 현대 천체망원경 촬영판(Pan-STARRS, ZTF, SDSS, Gaia EDR3)과의 교차 식별을 통해 후속 시기에 존재하지 않음을 확인함.
• 10.4m 그란 테스코피오 칸아리아스(GTC)를 이용한 깊은 이미징을 r 및 g 파장대에서 수행하여, 3σ 한계 밝기를 25.5 mag까지 도달함.
• SExtractor를 사용한 이미지 처리를 통해 점원형 천체를 탐지하고 기준 항성과 비교하여 천체의 형태 및 각지름을 평가함.
• 단일 배경 천체가 전경 질량에 의해 세 개의 별개의 영상으로 나뉘는 중력 렌즈 시나리오를 모델링함. 이 질량은 충분한 구조 복잡성을 가져야 함.
• 이전의 다중 일시적 현상 보고(예: Villarroel 등, 2021; Solano 등, 2022)와의 통계적 비교를 통해 일관성과 희귀성을 평가함.

Figure 1: Supercosmos digitization (Hambly et al., 2001 ) of the Palomar Observatory Sky Survey (POSS) red-sensitive image, taken on 1952 July 19. This is a zoom, 3x3 arcmin, centered on three bright ( $R$ Supercosmos $\sim$ 15 mag) point-sources, marked by the blue arrow, at coordinates RA = 21 h 1

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1952년 7월 19일, 단일 천체 영역에서 세 개의 구분 가능한 밝은 점원형 천체가 50분 이내로 나타나고 사라진 원인은 무엇인가?
• RQ2 관측된 일시적 현상이 복잡한 구조를 가진 전경 질량에 의한 마이크로 렌즈 효과로, 일시적인 광학적 폭발이 세 개의 영상으로 나뉘어 발생한 것으로 설명될 수 있는가?
• RQ3 이러한 일시적 현상들이 현대 천체망원경 촬영판에서조차 재현되지 않는 이유는 무엇인가? 심지어 25.5 mag 까지 깊은 이미징을 해도 그러한 천체가 발견되지 않음.
• RQ4 관측 결과에서 암시되는 1시간 이내 10,000배의 빛의 강도 감소를 일으킬 수 있는 물리적 메커니즘이 존재하는가?
• RQ5 이러한 사건들은 빠른 무선파 폭발(FRB) 또는 기타 고에너지 현상과 관련된 알려지지 않은 1시간 이내의 일시적 천체 집단을 대표하는가?

주요 결과

• 1952년 7월 19일, POSS I 촬영판에서 약 15등급의 세 개의 점원형 천체가 나타나 50분 이내로 사라졌으며, 이후 모든 촬영판에서 검출되지 않음.
• GTC를 이용한 깊은 r 및 g 파장대 이미징에서 25.5 mag 이하의 대응체가 발견되지 않아, 한 시간 이내에 10 magnitudes 이상의 밝기 감소가 확인됨.
• 일시적 천체는 기울임이나 이동이 없었으며, 각지름이 1초 이하의 크기로, 유의미한 운동량이 없음을 시사함.
• 삼중 일시적 현상 사건은 단일 배경 천체가 충분한 구조 복잡성을 가진 전경 질량에 의해 중력 렌즈 효과로 세 개의 영상으로 나뉘어진 것으로 일관됨.
• 이 사건은 단일 촬영판 내에서 나타나고 사라지는 다중 일시적 현상(이 경우 세 개)의 사례 중 몇 안 되는 것으로, 71년 간의 후속 관측에서 알려진 대응체가 없음.
• 관측된 성질은 플레어를 보이는 M형 항성, 소행성, 인공위성 반사와 같은 알려진 일시적 천체 클래스와 불일치함. 이들은 이러한 대칭적이고 다중 영상의 소멸 현상을 일으키지 않음.

Figure 2: Four exposures taken during 1952 of the 3x3 arcmin region of sky centered on the triple transient seen in July 1952. Upper Left: the POSS I Red image on 1952 July 19 at 8:52 (UT) containing the triple transient just above center. Upper Right: a 10 m exposure POSS I Blue image taken immedia