[论文解读] VLBI observations of SN 2008iz: I. Expansion velocity and limits on anisotropic expansion

A. Brunthaler, I. Martí‐Vidal+10 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 44被引用 22

一句话总结

本研究首次对星系M82中的超新星SN 2008iz进行了VLBI成像，揭示其膨胀壳层速度约为23,000 km s⁻¹，表明膨胀速度高于预期，与同步辐射自吸收主导的模型不一致。结果表明SN 2008iz为II型超新星，极有可能是被致密分子云遮挡的原恒星坍缩事件，未发现爆炸不对称性的证据，X射线辐射的上限值与吸收效应一致。

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.

研究动机与目标

• 利用VLBI成像测量SN 2008iz的膨胀速度，以约束其物理特性和爆炸机制。
• 研究超新星射电辐射中是否存在各向异性膨胀或不对称爆炸。
• 确定射电谱指数和谱转折频率，以评估光学深度和辐射机制。
• 为SN 2008iz及第二个暂现源设定X射线辐射的上限值，评估吸收效应和光度。

提出的方法

• 利用高灵敏度阵列在22 GHz频段对SN 2008iz进行VLBI观测，两次观测间隔约11个月，以解析膨胀壳层。
• 使用甚大阵列（VLA）在1.4–43 GHz频段观测SN 2008iz，构建宽带射电谱，确定谱指数和谱转折频率。
• 利用钱德拉X射线天文台的观测数据，推导X射线光度上限值，考虑了致密分子云的吸收效应。
• 采用以M81*和类星体为参考源的相位参考技术，校正VLBI数据中的电离层和大气延迟。
• 基于两次VLBI观测之间的角直径变化，假设距离为3.6 Mpc，推导出膨胀速度。
• 对VLA谱采用分段幂律模型拟合，以确定光学厚和光学薄区域的谱转折频率和谱指数。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2008iz的真实膨胀速度是多少？与基于同步辐射自吸收的理论预期相比如何？
• RQ2 是否存在爆炸不对称性，表现为壳层形态或速度结构的偏离？
• RQ3 射电谱指数和谱转折频率是多少？它们对光学深度和辐射机制有何含义？
• RQ4 SN 2008iz的X射线光度是多少？星际介质的吸收如何影响其可探测性？
• RQ5 与SN 1993J等其他II型射电超新星相比，SN 2008iz在光度、膨胀速度和谱演化方面有何异同？

主要发现

• VLBI图像显示一个以约23,000 km s⁻¹膨胀的壳层结构，两次观测间隔约11个月。
• 测得的膨胀速度约为同步辐射自吸收（SSA）主导模型预期值的2倍，表明SSA并非主导吸收机制。
• 最可能的爆炸日期为2008年2月中旬，时间窗口限定在1月22日至3月24日之间。
• 未发现不对称膨胀的证据；两次VLBI图像具有高度自相似性，表明喷流呈球对称。
• VLA谱最佳拟合为分段幂律模型，谱转折频率为1.5 ± 0.1 GHz，光学薄区域的谱指数为-1.08 ± 0.08。
• X射线光度上限值分别为约75天时的1.5 × 10⁴¹ erg s⁻¹和约200天时的1.5 × 10³⁹ erg s⁻¹，与致密分子云吸收一致（N(H₂) = 5.4 × 10²² cm⁻²，A_V = 24.4 mag）。