[论文解读] VLT Spectropolarimetry of the optical transient in NGC300. Evidence for asymmetry in the circumstellar dust

F. Patat, Justyn R. Maund+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 55被引用 15

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）光谱偏振测量，在光学暂现源 NGC300 OT2008-1 中检测到本征连续谱偏振，揭示了其周围环境中的非对称尘埃散射。在爆发后 48 天观测到 6.8% 的偏振度，位置角恒定为 68.6°，与星系的旋臂方向不同，表明由各向异性的周围物质引起的尘埃散射，暗示在数千 AU 范围内存在至少 4×10⁻⁵ M⊙ 的非对称尘埃。

ABSTRACT

AIMS: The main goal of this work is to study possible signs of asymmetry in the bright optical transient in NGC300, with the aim of getting independent information on the explosion mechanism, the progenitor star and its circumstellar environment. METHODS: Using VLT-FORS1 we have obtained low-resolution optical linear spectropolarimetry of NGC300 OT2008-1 on two epochs, 48 and 55 days after the discovery, covering the spectral range 3600--9330A. RESULTS: The data show a continuum polarization at a very significant level. At least two separate components are identified. The first is characterized by a strong wavelength dependency and a constant position angle (68.6+/-0.3 degrees), which is parallel to the local spiral arm of the host galaxy. The second shows a completely different position angle (151.3+/-0.4) and displays a mild but statistically significant evolution between the two epochs. While the former is identified as arising in the interstellar dust associated with NGC300, the latter is most likely due to continuum polarization by dust scattering in the circumstellar environment. No line depolarization is detected in correspondence of the most intense emission lines, disfavoring electron scattering as the source of intrinsic polarization. This implies a very small deviation from symmetry in the continuum-forming region. Given the observed level of intrinsic polarization, the transient must be surrounded by a significant amount of dust (>4x10^-5 Msun), asymmetrically distributed within a few thousand AU. This most likely implies that one or more asymmetric outflow episodes took place during the past history of the progenitor.

研究动机与目标

• 利用偏振测量研究 NGC300 OT2008-1 周围环境中的不对称性。
• 区分观测到的偏振中星际与周围环境的贡献。
• 约束爆发前身星周围尘埃的几何结构与质量。
• 检验电子散射还是尘埃散射主导本征偏振。
• 从偏振不对称性推断前身星的演化历史。

提出的方法

• 在发现后 48 天和 55 天，利用甚大望远镜-FORS1 获取了低分辨率光学线性光谱偏振测量。
• 覆盖的光谱范围为 3600–9330 Å，可分析波长依赖的偏振特性。
• 测量了斯托克斯参数（I, Q, U, V），以推导光谱范围内偏振度与位置角。
• 应用矢量叠加模型分解偏振分量，假设偏振较弱，并假设尘埃云的线性叠加。
• 采用 Serkowski 定律建模尘埃的波长依赖偏振行为，λmax 与 Pmax 作为自由参数。
• 采用 Mueller 矩阵形式化方法，模拟偏振光在多重散射介质中的传播。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC300 OT2008-1 中观测到的连续谱偏振的来源是什么：星际还是周围环境？
• RQ2 偏振位置角是否随波长变化，表明存在具有不同性质的多个尘埃组分？
• RQ3 本征偏振是否由电子散射或尘埃散射引起？
• RQ4 产生观测到的偏振所需的非对称分布尘埃的最小质量是多少？
• RQ5 偏振特性揭示了前身星过去爆发活动的哪些信息？

主要发现

• 在爆发后 48 天检测到强烈的、波长依赖的连续谱偏振，偏振度为 6.8%，位置角恒定为 68.6° ± 0.3°。
• 该偏振归因于周围尘埃的散射，而非星际尘埃，因其与暂现源位置对齐，而非与星系旋臂对齐。
• 与旋臂方向一致（151.3° ± 0.4°）的星际成分，与一个独立的外部尘埃屏一致。
• 在强发射线中未观测到线偏振去极化，排除了电子散射是本征偏振主要来源的可能性。
• 周围环境中所需尘埃质量至少为 ≥4×10⁻⁵ M⊙，在数千 AU 范围内非对称分布。
• 非对称性暗示前身星至少经历过一次非对称爆发事件。