[논문 리뷰] The SN 2008S Progenitor Star: Gone or Again Self-Obscured?

J. L. Prieto, D. Szczygiel외 6명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 30.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 SN 2008S의 원형 항성 별이 2008년 폭발 이후 생존했는지 또는 새로 형성된 먼지에 의해 가려져 있는지를 조사한다. 늦은 시기 LBT 관측을 통해, 광학 대역에서는 탐지되지 않았다 (한계 ~25 mag), 그러나 적외선에서는 탐지되었으며 (K-band ~20 mag, 빠르게 흐려짐), 이는 약 900 K에서 충격으로 가열된 먼지와 약 40,000 L☉의 빛줄기와 일치한다. 일정한 온도에서의 급격한 흐림은 임시적인 발광보다는 생존한 항성보다 더 유리하게 나타내지만, 먼지 껍질의 존재 여부를 확인하거나 생존한 원형 항성을 배제하기 위해 스피처 관측이 필요하다.

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.

연구 동기 및 목표

• SN 2008S의 원형 항성 별이 2008년 폭발 이후 생존했는지 또는 자기 가림 먼지에 의해 숨겨져 있는지를 결정하는 것.
• 2010년에 관측된 적외선 발광의 원인이 생존한 거대 항성인지, 임시적인 먼지 발광인지 구분하는 것.
• 폭발 이전보다 더 가까운 거리에서 항성에 가까운 곳에 먼지 껍질이 재설립되었는지 평가하는 것.
• 관측된 빛줄기와 감쇠 속도를 설명하는 데 있어 충격으로 가열된 먼지와 재등장한 원형 항성 중 어느 것이 더 타당한지 평가하는 것.
• 미래의 HST 및 스피처 관측을 이끌어내어 임시 발광원의 본질을 밝히는 것.

제안 방법

• 대형 이중망원경(Large Binocular Telescope, LBT)을 이용해 늦은 시기 광학(UBVR) 및 적외선(HK) 영상 촬영을 수행하여 임시 발광원을 탐지한다.
• 2008~2010년 동안 여러 대역에서 복사율과 상한선를 측정하며, 특히 K-대역 광도곡선에 중점을 둔다.
• 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 블랙바디 모델에 맞춰 먼지 온도(~900 K)와 빛줄기(~40,000 L☉)를 추정한다.
• 관측된 적외선 감쇠 속도(1.023 mag/100일)를 ⁵⁶Co 감쇠 기울기와 비교하여 에너지원을 평가한다.
• 기존 먼지의 충격가열 가능성을 질량 손실률 및 충격 속도 모델을 사용해 평가한다.
• 미래의 스피처 관측이 중간 적외선 발광을 탐지하여 생존 항성과 임시 먼지 사이를 구분하는 데 필수적이라고 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2008S의 적외선 발광은 생존한 원형 항성 별 때문인지, 임시적인 먼지 발광 때문인지?
• RQ2 먼지 껍질은 폭발 이전 거리(~40 AU 대비 ~150 AU)보다 항성에 더 가까이 재설립되었는가?
• RQ3 관측된 적외선 빛줄기와 감쇠 속도는 충격으로 가열된 먼지 또는 ⁵⁶Co 붕괴에 기대어 예측된 바와 일치하는가?
• RQ4 더 차가운, 중간 적외선을 방출하는 먼지 성분이 복사 빛줄기의 주요 기여를 하며 감쇠 속도의 괴리점을 설명할 수 있는가?
• RQ5 미래의 스피처 관측이 원인원이 생존한 항성인지, 임시 먼지인지 밝힐 수 있는가?

주요 결과

• 광학 대역(UBVR)에서 임시 발광원은 3σ 한계 ~25 mag까지 탐지되지 않아, 광학에서 감지 가능한 항성 또는 밝은 발광이 없음을 나타낸다.
• 2010년 3월과 5월의 적외선 탐지 결과, 소스는 약 ~20 mag였고, 1.023 mag/100일의 속도로 급격히 흐려졌으며, 이는 ⁵⁶Co 붕괴와 일치한다.
• SED는 약 900 K에서 블랙바디 모델에 잘 맞으며, 빛줄기는 약 40,000 L☉로, 폭발 이전 원형 항성의 빛줄기와 유사하다.
• 일정한 온도와 급격한 흐림은 광학 반사광(적외선 에코)을 배제한다. 이 경우 먼지가 약 70,000 AU 거리에 있어야 하며, 이는 폭발의 최고 빛줄기로는 가열될 수 없다.
• 관측된 빛줄기 감쇠 속도는 ⁵⁶Co 붕괴에 예상되는 것보다 느리므로, 에너지원이 순수한 방사성 붕괴가 아님을 시사한다.
• 데이터는 기존 먼지를 약 1000–2000 AU에서 충격으로 가열한 것이 유력하게 나타나지만, 필요한 충격 속도(~3000 km/s)와 질량 손실률(~10⁻⁴ M☉/yr)은 관측된 시간스케일과 조화를 이룰 수 있는지 여전히 도전적인 과제이다.