[论文解读] Intensive Monitoring Survey of Nearby Galaxies (IMSNG)

Myungshin Im, Changsu Choi+47 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 31被引用 6

一句话总结

Intensive Monitoring Survey of Nearby Galaxies (IMSNG) 对距离地球50 Mpc以内的60个近邻星系进行高时间分辨率的光学监测，利用全球分布的1米望远镜网络，捕捉超新星爆发初期的光变曲线并探测暂现现象。在目标时间间隔为8小时的情况下，IMSNG自2014年以来已探测到16颗超新星，确认其超新星速率为每年0.06颗——是紫外波段未筛选样本的六倍——从而实现对超新星前身星的早期研究，并发现了AT2018ikn和SN 2017gax等暂现源。

ABSTRACT

Intensive Monitoring Survey of Nearby Galaxies (IMSNG) is a high cadence observation program monitoring nearby galaxies with high probabilities of hosting supernovae (SNe). IMSNG aims to constrain the SN explosion mechanism by inferring sizes of SN progenitor systems through the detection of the shock-heated emission that lasts less than a few days after the SN explosion. To catch the signal, IMSNG utilizes a network of 0.5-m to 1-m class telescopes around the world and monitors the images of 60 nearby galaxies at distances D < 50 Mpc to a cadence as short as a few hours. The target galaxies are bright in near-ultraviolet (NUV) with M_NUV < -18.4 AB mag and have high probabilities of hosting SNe (0.06 SN/yr per galaxy). With this strategy, we expect to detect the early light curves of 3.4 SNe per year to a depth of R ~ 19.5 mag, enabling us to detect the shock-heated emission from a progenitor star with a radius as small as 0.1 R_sun. The accumulated data will be also useful for studying faint features around the target galaxies and other science projects. So far, 18 SNe have occurred in our target fields (16 in IMSNG galaxies) over 5 years, confirming our SN rate estimate of 0.06 SN/yr per galaxy.

研究动机与目标

• 在超新星爆发后一天内探测其早期光变曲线，以约束前身星的大小和系统特性。
• 通过监测引力波源定位区域内的星系，识别其光学对应体。
• 通过高时间分辨率监测近邻星系，探测变星、小行星以及意外的活动星系核（AGN）活动。
• 通过选择具有高NUV亮度的星系（M_NUV < -18.4 mag），提高超新星探测效率。
• 建立一个全球范围的小型望远镜网络，用于高时间分辨率暂现源巡天，以满足深度、频繁观测的需求。

提出的方法

• 利用分布在多个经度的九台1米望远镜组成的网络，实现对60个近邻星系每8小时一次的监测。
• 采用R波段成像，每帧曝光60秒，通过叠加多张曝光图像，达到约19.5等的深度。
• 应用图像叠加技术，提升对暗弱、延展或暂现源（如低表面亮度卫星星系和并合特征）的探测灵敏度。
• 通过对比不同时期的叠加图像追踪暂现源，识别新出现的天体或已知天体的变化。
• 采用UV明亮星系选择法（M_NUV < -18.4 mag）以提高超新星探测效率。
• 通过与已知暂现源（如SN 2017gax、AT2018ikn）的交叉识别，验证或排除其与GW170814等事件的关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 对近邻星系进行高时间分辨率监测，能否在超新星爆发后一天内探测到其光变曲线，从而约束前身星的大小？
• RQ2 与一般星系相比，选择高NUV亮度的星系是否表现出显著更高的超新星发生率？
• RQ3 IMSNG能否通过监测引力波事件定位区域内的星系，识别其光学对应体？
• RQ4 通过高时间分辨率观测才能探测到的意外活动星系核变异性，其频率和性质如何？
• RQ5 在对近邻星系场进行深度重复成像时，能发现多少新的变星和小行星？

主要发现

• 自2014年以来，IMSNG在60个星系中探测到16颗超新星，确认其超新星速率为每年0.06颗——是非紫外波段筛选样本的六倍。
• 该巡天实现了多经度8小时的监测周期，成功在超新星爆发后一天内探测到其早期光变曲线。
• 在NGC 895的叠加图像中，经过2.37小时的积分后，探测到一个暗弱的低表面亮度卫星星系候选体及并合特征。
• NGC 1672中的SN 2017gax被发现早于GW170814事件，排除了其作为该引力波事件光学对应体的可能性。
• 通过高时间分辨率光变曲线分析，识别出十余颗新的变星。
• AT2018ikn——一个可能发生在Seyfert 2型星系NGC 2992中的活动星系核爆发——通过高时间分辨率监测被识别为暂现事件。