ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 33, № 11, с. 826-829
УДК 524.352-44
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХНОВОЙ 2005cs И ВОЗМОЖНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ЕЕ ГЕНЕРАЦИИ
© 2007 г. Ю. Н. Гнедин1, В.М.Ларионов1'2*, Т.С.Константинова2, Е. Н. Копацкая2
1 Главная астрономическая обсерватория РАН, Пулково 2Астрономический институт Санкт-Петербургского государственного университета
Поступила в редакцию 31.10.2006 г.
Представлены результаты поляриметрических и фотометрических наблюдений сверхновой 2005cs в полосе R. Поляриметрические наблюдения выполнены на телескопе АЗТ-8 в КрАО Украины с использованием фотометра-поляриметра ST-7 НИАИ СПбГУ. Обнаружена рекордная для сверхновых линейная поляризация p = 8%, причем позиционный угол в ходе эволюции блеска сверхновой испытал скачок на величину <90°. Кратко анализируются возможные механизмы возникновения поляризованного излучения на фотосферной стадии эволюции сверхновой.
Ключевые слова: сверхновые, поляризация.
POLARIZATION OF RADIATION FROM SUPERNOVA 2005cs AND POSSIBLE PHYSICAL MECHANISMS OF ITS GENERATION, by Yu. N. Gnedin, V. M. Larionov, T. S. Konstantinova, and E. N. Kopatskaya. TWe present the results of R-band polarimetry and photometry for Supernova 2005cs. The polarimetric observations were performed with the AZT-8 telescope at Crimean Astronomical Observatory (Ukraine) using the ST-7 photometer—polarimeter of the Sobolev Astronomical Institute of the St. Petersburg State University. A record (for supernovae) linear polarization, p = 8%, was detected; the position angle underwent a jump by <90° during the evolution of the supernova brightness. Possible generation mechanisms of the polarized radiation during the photospheric stage of evolution of the supernova are briefly analyzed.
PACS numbers: 95.30.Jx; 95.75.Hi; 97.10.Ld; 97.60.Bw
Key words: supernovae, polarization.
ВВЕДЕНИЕ
Сверхновая 2005cs (СН 2005cs) была открыта Клоером (2005) 28 июня. Она вспыхнула в галактике М 31 (Whirpool Galaxy) и имела V = 14m в момент вспышки. Спектр СН 2005сs был получен Модьязом и др. (2005), и она была классифицирована как сверхновая второго типа. Спектр этой сверхновой представлял собой голубой континуум с водородными (серия Бальмера) и гелиевыми линиями, имеющими P-Cyg профили. Ли и др. (2006), а также Маунд и др. (2005) отождествили в качестве предсверхновой красный сверхгигант спектрального класса К0—М3 и оценили его массу в пределах 7—9M®. UBVRI-фотометрия этой сверхновой была выполнена Цветковым и
Электронный адрес: vlar@astro.spbu.ru
др. (2006). Их данные свидетельствуют, что сверхновая 2005cs оказалась значительно слабее типичной IIP сверхновой и показала заметное поярчение в VRI-полосах на второй половине стадии плато.
Результаты спектроскопических и фотометрических наблюдений CH 2005cs были также представлены в работе Пасторелло и др. (2006). В ранних спектрах сверхновой они обнаружили слабые абсорбционные детали в голубых крыльях линий гелия и водорода. В спектрах были обнаружены также узкие линии с профилем типа P-Cyg. Такие детали могут быть интерпретированы как наблюдаемое проявление сильной асимметрии эжектируе-мого вещества, а также существования джета.
В данной работе мы представляем результаты фотометрических и поляриметрических наблюдений СН 2005cs, выполненных в полосе R на телескопе АЗТ-8 КрАО Украины. Наиболее важными
результатами данных наблюдений нам представляется открытие сильной, рекордной для сверхновых, переменной поляризации, а также обнаружение скачка позиционного угла поляризации на ^90°, соответствующего моменту увеличения яркости СН 2005cs в полосах V,R,I. Мы кратко анализируем возможные физические механизмы, обеспечивающие как наблюдаемый рекордный уровень степени линейной поляризации, так и наблюдаемый скачок величины позиционного угла на ^90°.
РЕЗУЛЬТАТЫ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ И ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ СВЕРХНОВОЙ 2005cs
Поляриметрические наблюдения в полосе R были выполнены в течение 20 ночей в период с 6 июля по 22 августа 2005 г. на 70-см телескопе АЗТ-8 в КрАО. Использовался фотометр-поляриметр на основе ПЗС-камеры ST-7 НИАИ СПбГУ. В качестве поляриметрического анализатора использовались две пластины Савара, развернутые на 45° одна относительно другой. Для повышения отношения сигнал/шум в каждом положении анализатора получаются несколько (5—7) изображений, которые затем суммируются. Использовалась стандартная методика вычитания темнового тока и исправления за плоское поле. Для апертурной фотометрии применялся разработанный в НИАИ СПбГУ пакет программ. Результаты наблюдений представлены на рисунке. Межзвездная поляризация в нашей ситуации не учитывалась, так как ее величина для данной области (М51 + наша галактика) не превышает 0.3% (Маунд и др., 2005).
ВОЗМОЖНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХНОВЫХ ЗВЕЗД
Характерной особенностью данной сверхновой является необычайно высокий уровень наблюдавшейся линейной поляризации. Величина степени поляризации достигала рекордного для сверхновых значения -Ртах = 8%, что существенно превышает значение 5.8%, измеренное для считавшейся ранее рекордной СН 1999gi (Леонард и др., 2002). Хорошо известно, что для многих сверхновых характерно присутствие заметной доли поляризованного излучения. В течение довольно длительного периода времени со дня начала исследования сверхновых господствовало традиционное представление о
53540 10 8 6 4 2
53580
53620
53660
53540 240
200 \-
^ 160
120
53660
53540 53580 53620
JD2400000+
53660
Результаты фотометрии и поляриметрии СН 2005сб. Стрелкой отмечен момент вспышки сверхновой, штриховой линией — предполагаемый момент скачка позиционного угла поляризации. Открытые кружки на верхней панели — данные фотометрии в полосе R из статьи Цветкова и др. (2006).
сферически-симметричном взрыве. Однако с развитием техники наблюдений появилась возможность проверки традиционной точки зрения. Именно поляриметрия и, в частности, спектрополяри-метрия явились теми методами, которые позволили сделать вывод о несферичности взрыва сверхновой. Впервые идея об использовании поляриметрии для анализа природы и механизма такого взрыва была выдвинута Шапиро и Сюзерлендом (1982). Идея основывалась на том, что в атмосферах и оболочках молодых сверхновых преобладает процесс рассеяния на электронах, что и приводит к возникновению поляризации. Известно, что при наличии асимметрии излучающей области не происходит полной компенсации возникающего поляризованного излучения с разными позиционными углами, в результате чего и появляется интегральная поляризация данной области излучения (см., например, монографию Долгинова и др., 1995, а также обзор Гнедина, Силантьева, 1997).
Область излучения эллипсоидальной несферической формы характеризуется двумя значениями оптической толщины по отношению к электронному рассеянию: вдоль наибольшей оси симметрии та и перпендикулярной к ней ть. Согласно Долгинову и др. (1979, 1995) для случая оптически тонкой
828
ГНЕДИН и др.
области излучения при та > ть направление колебаний электрического вектора рассеянного излучения будет перпендикулярно оси симметрии "a". Для такой формы области излучения — в виде сплюснутой эллипсоидальной оболочки — максимальная степень поляризации достигается при соотношении длин осей a = 4b и равна Pmax = 6.9та% в случае однородного распределения плотности электронов. (Долгинов и др., 1979). Поскольку в случае однократного рассеяния та < 1, величина Pmax оказывается заметно меньше наблюдаемой Pmax = 8% для CH 2005cs.
Для несферической области излучения в виде вытянутой оболочки цилиндрической формы максимальное значение степени поляризации в случае однородной плотности достигается при соотношении осей b = 2.5a и равно Pmax = 4.2ть% (Долгинов и др., 1979), что также значительно меньше наблюдаемого у CH 2005cs максимального значения степени поляризации. Существенно, что в последнем случае направление колебаний электрического вектора рассеянного излучения перпендикулярно плоскости, в которой лежат направления оси симметрии (вытянутости) и луча зрения, т.е. отличается на 90° от предыдущего случая.
Возникает вопрос: возможна ли ситуация, когда поляризованное излучение возникает в сферически-симметричной области?
Хёфлич и др. (2002) рассмотрели наравне с несферичностью области излучения и другие причины возникновения поляризации, в том числе экранирование части области излучения внешним поглотителем (пылью), а также нецентральное положение компактного источника излучения в сферической оболочке.
Близкую точку зрения на возможный механизм возникновения поляризованного излучения IIP 2004dj представил в своей работе Чугай (2006). Он рассмотрел случай асимметричного распределения радиоактивного Ni56 как причину двух наблюдавшихся эффектов: асимметрии эмиссионной линии Ha и возникновения поляризованного излучения сверхновой. Полного согласия с наблюдениями получить не удалось.
Принципиально отличный механизм возникновения поляризованного излучения был рассмотрен в работах Долгинова и др. (1979, 1995), Гнедина и Силантьева (1997) и Гнедина и др. (2006). Поляризованное излучение может возникать в случае сферически-симметричного распределения электронной плотности в рассеивающей среде, но только при условии наличия дипольного магнитного поля в источнике излучения. Причиной возникновения поляризации в этом случае является эффект фарадеевского поворота плоскости поляризации,
который в силу зависимости от угла между лучом зрения и магнитной силовой линией нарушает компенсацию направлений электрического вектора рассеянного излучения от отдельных участков сферической области излучения. В этом случае появляется зависимость как степени поляризации, так и позиционного угла от длины волны излучения.
Другое физическое явление в поляризованном излучении сверхновых, требующее объяснения, — скачок позиционного угла на ^90°, что соответствует изменению знака степени поляризации.
Одним из самых очевидных объяснений скачка позиционного угла является ситуация перехода области генерации поляризованного излучен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.