[论文解读] Discovery of the Dust-Enshrouded Progenitor of the Type IIn SN 2008S with Spitzer

J. L. Prieto, Matthew D. Kistler+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2008

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

该研究利用档案的斯皮策空间望远镜中红外数据，识别出IIn型超新星SN 2008S的尘埃包裹的前身星，检测到在4.5、5.8和8.0 μm波段存在一个静止的中红外源，该源在光学巡天中未被探测到。该前身星的光度为3.5×10⁴ L☉，尘埃温度约为440 K，推断为一颗约10 M☉的天体，被自身产生的尘埃遮挡，挑战了此类超新星仅源于像银河系牛郎星（Eta Carinae）那样的大质量、高亮度恒星的传统假设。

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.

研究动机与目标

• 识别在光学巡天中未被探测到的IIn型超新星SN 2008S的前身星。
• 通过分析斯皮策空间望远镜的中红外数据，特别是光学探测缺失的情况下，研究前身星系统的性质。
• 确定SN 2008S是否起源于像银河牛郎星（Eta Carinae）那样的大质量、高亮度恒星，或起源于质量较小、被尘埃包裹的天体。
• 评估该前身星被遮挡的性质对大质量恒星演化路径的启示。

提出的方法

• 分析斯皮策空间望远镜IRAC在3.6、4.5、5.8和8.0 μm波段的档案数据，以探测SN 2008S位置在爆发前的源。
• 将斯皮策中红外探测结果与大型双子座望远镜提供的深空光学图像进行比较，以限制光学流量。
• 假设尘埃以约440 K的黑体辐射，从其中红外流量分布估算尘埃温度和光度。
• 利用24 μm波段的非探测结果和光学限制，约束源的光谱能量分布和尘埃特性。
• 通过建模观测到的中红外流量和尘埃温度，推断前身星的质量和光度。
• 利用光学流量上限评估其他前身星情景的可能性，包括误识别的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于其在光学巡天中未被探测到，SN 2008S的前身星具有何种性质？
• RQ2 尽管在光学上不可见，是否能通过中红外观测识别出SN 2008S的前身星？
• RQ3 前身星系统的尘埃温度和光度是多少？它们对恒星质量与演化状态有何启示？
• RQ4 静止中红外源的探测是否意味着SN 2008S起源于质量较小、被尘埃包裹的恒星，而非像银河牛郎星（Eta Carinae）那样的大质量、高亮度天体？
• RQ5 如果中红外源未被明确关联到超新星，其关于前身星性质的结论是否依然稳健？

主要发现

• 在SN 2008S位置检测到斯皮策IRAC波段4.5、5.8和8.0 μm的中红外源，且在爆炸前三年内无光变现象。
• 该源在3.6 μm和24 μm波段未被探测到，表明存在一个峰值波长接近440 K的独立尘埃发射成分。
• 大型双子座望远镜提供的光学流量上限表明，前身星的光度为3.5×10⁴ L☉，与一颗约10 M☉恒星一致。
• 约440 K尘埃的存在强烈表明前身星被一个致密、自产的尘埃壳所包围。
• 即使中红外源并非真正的前身星，仅凭光学流量上限即可排除像银河牛郎星（Eta Carinae）那样的大质量、高亮度前身星。
• 研究结果表明，像SN 2008S这样的IIn型超新星可源自质量较小、被尘埃包裹的恒星，而不仅限于极端、高亮度的天体。