[논문 리뷰] VLBI observations of SN 2008iz: I. Expansion velocity and limits on anisotropic expansion

A. Brunthaler, I. Martí‐Vidal외 10명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 24.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 44인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 M82의 초신성 SN 2008iz의 처음으로 VLBI 이미지를 제시하며, 약 23,000 km s⁻¹의 확장하는 껍질을 규명하여, 동기방출 자기흡수 우세성과 일치하지 않는 예상보다 높은 확장 속도를 보여준다. 결과적으로 SN 2008iz는 밀도 높은 분자운에 의해 가려진 핵붕괴 사건일 가능성이 높은 타입 II 초신성로 판단되며, 비대칭 폭발에 대한 증거는 없고, X선 방출에 대한 상한선은 흡수에 의해 일치한다.

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.

연구 동기 및 목표

• VLBI 영상 분석을 통해 SN 2008iz의 확장 속도를 측정하여 물리적 성질과 폭발 메커니즘을 제약하는 것.
• 초신성의 전파 방출에서 이방성 확장 또는 비대칭 폭발이 존재하는지 조사하는 것.
• 전파 스펙트럼 지수와 전환 주파수를 결정하여 광학적 두께와 방출 메커니즘을 평가하는 것.
• SN 2008iz와 제2의 일시적 천체에 대한 X선 방출 상한선을 설정하여 흡수와 빛의 세기 수준을 평가하는 것.

제안 방법

• 11개월 간격으로 두 차례의 VLBI 관측을 수행하여 확장하는 껍질를 해상도 확보하기 위해 고감도 어레이를 사용하여 22 GHz에서 관측함.
• 전체 밴드 전파 스펙트럼를 구성하고 스펙트럼 지수 및 전환 주파수를 결정하기 위해 VLA가 1.4–43 GHz에서 SN 2008iz를 관측함.
• Chandra X선 관측을 통해 흡수된 밀도 높은 분자운에 의해 영향을 받는 것을 고려하여 X선 빛의 세기 상한선을 유도함.
• VLBI 데이터에서 이온층 및 대기 지연를 보정하기 위해 M81*와 와이즈를 기준으로 한 위상 기반 기법을 적용함.
• 거리가 3.6 Mpc로 가정하여 두 차례 VLBI 관측 간의 각도 크기 변화로부터 확장 속도를 유도함.
• VLA 스펙트럼에 붕괴된 거듭제곱 법칙 모델을 적합시켜 광학적으로 두꺼운 및 얇은 영역에서의 전환 주파수 및 스펙트럼 지수를 결정함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN 2008iz의 진짜 확장 속도는 무엇이며, 동기방출 자기흡수 기반 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 쉘 형태나 속도 구조의 편차에 의해 비대칭 폭발이 나타나는가?
• RQ3 전파 스펙트럼 지수와 전환 주파수는 무엇이며, 광학적 두께와 방출 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ4 SN 2008iz의 X선 빛의 세기는 얼마이며, 은하간 매질에 의한 흡수로 인해 탐지 가능성은 어떻게 영향을 받는가?
• RQ5 광도, 확장, 스펙트럼 진화 측면에서 SN 1993J와 같은 다른 타입 II 전파 초신성과 SN 2008iz는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• VLBI 영상은 약 23,000 km s⁻¹의 속도로 확장하는 껍질 모양의 구조를 보여주며, 관측 간격이 약 11개월임.
• 측정된 확장 속도는 동기방출 자기흡수(SSF) 우세성에 기반한 예측보다 약 2배 높으며, 이는 SSF가 주요 흡수 메커니즘이 아님을 시사한다.
• 가장 가능성 높은 폭발 일자는 2008년 2월 중순이며, 1월 22일에서 3월 24일 사이로 제약됨.
• 비대칭 확장에 대한 증거는 발견되지 않았으며, 두 VLBI 영상 간의 높은 자기 유사성으로 인해 구형 대칭성 있는 유출이 일어나고 있음.
• VLA 스펙트럼은 전환 주파수 1.5 ± 0.1 GHz와 광학적으로 얇은 영역에서의 스펙트럼 지수 -1.08 ± 0.08로 가장 잘 맞는 붕괴된 거듭제곱 법칙 모델로 적합됨.
• X선 빛의 세기 상한선은 약 75일째에 약 1.5 × 10⁴¹ erg s⁻¹, 약 200일째에 약 1.5 × 10³⁹ erg s⁻¹이며, 밀도 높은 분자운에 의한 흡수(N(H₂) = 5.4 × 10²² cm⁻², A_V = 24.4 mag)와 일치함.