[论文解读] 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 11

一句话总结

本研究结合甚长基线干涉测量（VLBI）与甚大阵列（VLA）对II型I b/c超新星SN 2009bb进行观测，揭示其存在相对论性喷流，其角向外半径上限为<0.64毫角秒（对应物理半径<4×10¹⁷厘米），观测时间为爆发后85天。尽管射电光度极高，暗示存在由引擎驱动的相对论性喷发物质，但未探测到伽马射暴，表明该喷流可能为非轴对称，或在VLBI数据中存在相干性损失。

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 &lt;0.64 mas, corresponding to &lt;4 x 10^17 cm and an average apparent expansion speed of &lt;1.74c. This result is consistent with the moderately relativistic ejecta speeds implied by the radio luminosity and spectrum.

研究动机与目标

• 利用甚长基线干涉测量（VLBI）解析SN 2009bb中的相对论性喷流，以约束其尺寸与膨胀速度。
• 研究该超新星异常高的射电光度的成因，其光度超过典型II型I b/c型超新星，暗示存在由引擎驱动的相对论性喷发物质。
• 确定观测到的射电辐射是由中心引擎驱动，还是由激波与致密星周介质（CSM）相互作用所致。
• 评估在存在相干性损失与自校准偏差的情况下，VLBI流量密度测量的可靠性。
• 调和VLA测得的总流量密度与VLBI观测中恢复的较低流量之间的差异。

提出的方法

• 在5 GHz频段利用全球射电望远镜阵列进行VLBI观测，实现亚毫角秒量级的角分辨率。
• 应用相位自校准技术，校正大气与仪器引起的相位变化，提升图像保真度。
• 对VLBI可见度数据拟合圆形高斯模型，以估算源的角直径与流量密度。
• 通过模拟已知源尺寸的可见度数据并采用相同流程进行拟合，检验自校准偏差的影响。
• 通过人为改变天线增益±25%，评估增益校准误差对尺寸估计离散度的影响。
• 将VLBI推导的流量密度与VLA测量值进行对比，评估相干性损失与可能的去相干效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 VLBI观测所约束的SN 2009bb中相对论性喷发物质的真实角直径与膨胀速度为何？
• RQ2 为何从VLBI恢复的流量密度显著低于VLA测得的总流量密度？
• RQ3 VLBI与VLA流量密度之间的差异是否主要源于相干性损失或仪器效应，而非源尺寸过大？
• RQ4 自校准在多大程度上导致测得源尺寸偏小？如何在最终估计中进行校正？
• RQ5 SN 2009bb的高射电光度最合理的解释是中心引擎驱动相对论性喷流，还是激波与致密星周介质（CSM）相互作用？

主要发现

• SN 2009bb射电辐射的角向外半径在爆发后85天内被约束为<0.64毫角秒，对应物理半径<4×10¹⁷厘米。
• 表观膨胀速度上限为<1.74c，与中等相对论性喷发物质一致，且与观测到的高射电光度相符。
• VLBI数据仅恢复了VLA测得总流量密度的约50%，表明数据中存在显著的相干性损失或去相干效应。
• 自校准导致源尺寸估计偏小，使其显得更紧凑；经校正后，无偏角直径估计为0.26⁺⁰.⁰⁹₋₀.¹¹毫角秒，3σ上限为0.59毫角秒。
• 若强制模型中采用更高流量密度，则尺寸估计值增大（0.34⁺⁰.¹⁰₋₀.⁰⁴毫角秒），且卡方值显著变差，表明数据强有力支持一个紧凑源。
• VLA与VLBI流量差异不太可能仅由源尺寸或角分辨率效应造成，表明相干性损失是主导因素，与SN 2007gr等其他超新星的观测结果一致。