[论文解读] The Search for Failed Supernovae with the Large Binocular Telescope: N6946-BH1, Still No Star

C. Basinger, C. S. Kochanek+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2020

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 50被引用 39

一句话总结

本研究利用大型双子座望远镜、哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜，对失败超新星候选体N6946-BH1进行了新的光学、近红外和中红外观测，并结合钱德拉X射线望远镜的非探测结果。自2009年爆发以来，该源在11年中未在光学或近红外波段重新亮起，其近红外亮度已下降约两倍，且未发现被尘埃壳层遮挡或持续星风存在的证据。数据强烈支持失败超新星的演化情景，且无其他可行解释可说明该恒星的消失。

ABSTRACT

We present new Large Binocular Telescope, Hubble Space Telescope, and Spitzer Space Telescope data for the failed supernova candidate N6946-BH1. We also report an unsuccessful attempt to detect the candidate with Chandra. The ~300,000 Lsun red supergiant progenitor underwent an outburst in 2009 and has since disappeared in the optical. In the LBT data from May 2008 through October 2019, the upper limit on any increase in the R-band luminosity of the source is 2000 Lsun. HST and Spitzer observations show that the source continued to fade in the near-IR and mid-IR, fading by approximately a factor of 2 between October 2015 and September 2017 to 2900 Lsun at H band (F160W). Models of the spectral energy distribution are inconsistent with a surviving star obscured either by an ongoing wind or dust formed in the transient. The disappearance of N6946-BH1 remains consistent with a failed supernova.

研究动机与目标

• 检验N6946-BH1为失败超新星的假设，即大质量恒星直接坍缩成黑洞而无可见爆发。
• 通过在光学、近红外和中红外波段进行多波段监测，判断是否存在被尘埃遮挡或星风遮蔽的幸存恒星。
• 搜索新形成黑洞吸积回落物质时产生的X射线辐射，以支持失败超新星模型。
• 排除其他解释，如大质量、富含尘埃的壳层或长期存在的被遮蔽恒星。

提出的方法

• 利用大型双子座望远镜（LBT）在R波段对2008年5月至2019年10月期间的多历元测光，监测是否存在重新亮起现象。
• 在2015年和2017年获取哈勃空间望远镜（HST）WFC3/IR F110W（J）和F160W（H）波段的高分辨率图像，以追踪近红外波段的光变行为。
• 在2016年和2018年获取斯皮策空间望远镜（SST）4.5 µm波段的观测数据，监测中红外流量演化。
• 使用dolphot和drizzlepac进行差分成像与测光分析，将2015年和2017年HST数据进行比较，并以2007年爆发前的图像作为天体测量参考。
• 在假设存在被球对称尘埃壳层遮挡的幸存恒星的前提下，对源的光谱能量分布（SED）进行建模，并检验光学深度的演化。
• 开展钱德拉X射线观测，以探测来自回落吸积的X射线辐射，并设定X射线光度的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 自2009年爆发以来，N6946-BH1在光学或近红外波段是否出现重新亮起，表明存在幸存恒星？
• RQ2 该源的消光是否与尘埃壳层以恒定速度膨胀的模型一致，即尘埃遮蔽模型所预期的那样？
• RQ3 该源是否被致密且持续的恒星风遮挡，如早期模型所建议？
• RQ4 钱德拉X射线观测中未检测到X射线辐射，是否排除了黑洞吸积回落物质的可能性？
• RQ5 观测到的SED演化是否与温度与前身星相似的幸存恒星一致？还是需要一个更热、本征更暗的恒星来解释？

主要发现

• 在11年期间，N6946-BH1的R波段光度未增加超过2000 L⊙，对任何重新亮起现象设定了严格的上限。
• 该源在2015年10月至2017年9月期间，近红外波段亮度下降约两倍，H波段（F160W）光度从4600 L⊙降至2900 L⊙。
• 光谱能量分布模型显示，2015年与2017年之间光学深度无演化，与膨胀尘埃壳层模型不一致，从而排除了该遮蔽机制。
• 钱德拉X射线观测对10 M⊙黑洞的X射线光度设定了4.2 × 10⁻³ L_Edd的上限，与未检测到可分辨的回落吸积现象一致。
• 数据排除了持续星风遮蔽的可能性，因为此类星风会产生可探测的近红外发射，而实际未观测到。
• 该源当前光度约为其前身星的1%，在爆发近十年后仍未出现重新亮起的迹象，支持失败超新星演化情景。