[논문 리뷰] Discovery of the Dust-Enshrouded Progenitor of the Type IIn SN 2008S with Spitzer

J. L. Prieto, Matthew D. Kistler외 8명|arXiv (Cornell University)|2008. 03. 04.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

연구는 기록된 스피itzer 중간 적외선 데이터를 활용해 타입 IIn 초신성 2008S의 먼지에 둘러싸인 원형성을 특정하였다. 4.5, 5.8, 8.0 μm에서 침묵하는 중간 적외선 소스를 검출하였으며, 이는 광학 조사에서는 검출되지 않았다. 빛의 세기 3.5×10⁴ L☉, 먼지 온도 약 440 K인 원형성은 자신의 먼지에 의해 가려진 약 10 M☉의 천체로 추정되며, 이는 에타 카라인과 같은 거대하고 빛나는 별들만이 이러한 초신성을 유도한다고 보는 가정을 도전한다.

ABSTRACT

We report the discovery of the progenitor of the recent type IIn SN 2008S in the nearby galaxy NGC 6946. Surprisingly, it was not found in deep, pre-explosion optical images of its host galaxy taken with the Large Binocular Telescope, but only through examination of archival Spitzer mid-IR data. A source coincident with the SN 2008S position is clearly detected in the 4.5, 5.8, and 8.0 micron IRAC bands, showing no evident variability in the three years prior to the explosion, yet is undetected at 3.6 and 24 micron. The distinct presence of ~440 K dust, along with stringent LBT limits on the optical fluxes, suggests that the progenitor of SN 2008S was engulfed in a shroud of its own dust. The inferred luminosity of 3.5x10^4 Lsun implies a modest mass of ~10 Msun. We conclude that objects like SN 2008S are not exclusively associated with the deaths or outbursts of very massive eta Carinae-like objects. This conclusion holds based solely on the optical flux limits even if our identification of the progenitor with the mid-IR source is incorrect.

연구 동기 및 목표

• 타입 IIn 초신성 2008S의 원형성을 광학 조사에서 검출하지 못한 상태에서 특정하는 것.
• 특히 광학적 검출이 없는 상황에서 스피쳐의 중간 적외선 데이터를 분석하여 원형성 시스템의 성질을 조사하는 것.
• 초신성 2008S가 에타 카라인과 같은 거대하고 빛나는 별에서 비롯되었는지, 아니면 덜 질량이 많고 먼지에 둘러싸인 물체에서 비롯되었는지를 규명하는 것.
• 원형성이 가려진 상태라는 점이 거대 별의 진화 경로에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 초신성 2008S 위치에서 폭발 이전의 소스를 탐지하기 위해 기록된 스피쳐 IRAC 데이터(3.6, 4.5, 5.8, 8.0 μm)를 분석하는 것.
• 대형 이중망원경의 깊은 폭발 이전 광학 이미지와 스피쳐 중간 적외선 검출 결과를 비교하여 광학 광도를 제약하는 것.
• 약 440 K에서 먼지의 흑체 복사 가정 하에 중간 적외선 광도 분포에서 먼지 온도와 빛의 세기를 추정하는 것.
• 24 μm에서의 검출 불량과 광학 상한선을 활용하여 소스의 스펙트럼 에너지 분포 및 먼지 성질을 제약하는 것.
• 관측된 중간 적외선 광도와 먼지 온도를 모델링하여 원형성 질량과 빛의 세기를 추론하는 것.
• 광학 광도 상한선을 활용하여 원형성의 다른 시나리오(예: 오식별 가능성)를 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학 조사에서 검출되지 않은 상황에서, 초신성 2008S의 원형성 별은 어떤 성질을 갖는가?
• RQ2 광학적으로 보이지 않는 상황에서도 중간 적외선 관측을 통해 초신성 2008S의 원형성을 특정할 수 있는가?
• RQ3 원형성 시스템의 먼지 온도와 빛의 세기는 무엇이며, 이는 질량과 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 침묵하는 중간 적외선 소스의 검출은 초신성 2008S가 거대하고 빛나는 별이 아닌 덜 질량이 많고 먼지에 둘러싸인 별에서 비롯되었음을 암시하는가?
• RQ5 중간 적외선 소스가 초신성과 확실히 관련이 없더라도, 중간 적외선 소스의 성질에 대한 결론은 얼마나 견고한가?

주요 결과

• 스피쳐 IRAC 대역에서 4.5, 5.8, 8.0 μm에서 초신성 2008S 위치에 중간 적외선 소스를 검출하였으며, 폭발 3년 전까지 변동성이 없었다.
• 3.6 μm와 24 μm에서 검출되지 않아 약 440 K에서 피크를 이끄는 독립적인 먼지 복사 성분이 있음을 시사한다.
• 대형 이중망원경의 광학 광도 상한선은 원형성 빛의 세기를 3.5×10⁴ L☉로 제약하며, 이는 약 10 M☉의 별과 일치한다.
• 약 440 K의 먼지 존재는 원형성이 조밀하고 자가 생성된 먼지 껍질에 둘러싸여 있었음을 강하게 암시한다.
• 중간 적외선 소스가 진짜 원형성이 아니더라도, 광학 광도 상한선만으로도 에타 카라인과 같은 거대하고 빛나는 원형성이 불가능하다는 것을 배제한다.
• 결과는 타입 IIn 초신성 2008S가 극도로 빛나는 거대한 별에서 비롯되는 것이 아니라, 덜 질량이 많고 먼지에 둘러싸인 별에서 기인할 수 있음을 시사한다.