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Supernova SN 2017eaw

Le nuove tecniche per studiare e comprendere la natura di tanti fenomeni celesti.

Messaggioda Paolo » 18 mag 2017, 19:16

Molti di voi sono probabilmente gia' a conoscenza del fatto che qualche giorno fa e' esplosa una supernova nella bella galassia NGC6946. La galassia e' chiamata anche "Fireworks Galaxy" proprio per l'elevato numero di SN che ha "ospitato" nel corso degli anni. Non si e' smentita...

Si sa, quando le galassie ospiti sono piu' vicine, le supernove appaiono piu' luminose. Le SN hanno infatti una magnitudine assoluta simile (con variazioni piu' grandi a seconda del tipo). La nostra SN brilla adesso con una magnitudine attorno alla tredicesima. Un faro nella notte confrontata con quelle che scopre il nostro mitico Caimmi! A proposito, e' stato lui ad avvertirmi dell'evento (thanks Max!).

La supernova e' stata classificata di tipo IIP, cioe' l'evento e' dovuto al rapido collasso di una stella molto massiccia. Per quanto riguarda la magnitudine assoluta nella fase di massima luminosita', le SN di tipo II hanno la piu' estesa varieta' di valori (dati storici). E' quindi difficile prevedere quale magnitudine apparente riuscira' a raggiungere durante il massimo ma una stima e' comunque fattibile, utilizzando i seguenti parametri.

- Il modulo di distanza di NGC NGC6946 vale 28.67 +/-0.43 Mag (NASA/IPAC Extragalactic Database)

- La magnitudine assoluta di una SN di tipo II e' di -17.00 +/- 1.12 Mag (A COMPARATIVE STUDY OF THE ABSOLUTE MAGNITUDE DISTRIBUTIONS OF SUPERNOVAE, Dean Richardson at al.)

- L'estinzione dovuta alle polveri interstellari della SN 2017eaw e' stata stimata E(B-V) = ~0.22 Mag (ATel #10377)

La magnitudine di picco si puo' approssimativamente valutare sommando il modulo di distanza e la magnitudine assoluta: 28.67+(-17)= 11.67 mag. A questo valore bisogna aggiungere l'estinzione in banda V dovuta alle polveri interstellari calcolando il delta mag con la formula:

AV = 3.2 E(B-V) = 3.2 x 0.22 = 0.7 mag.

Le polveri lungo la linea di vista attenuano di 0.7 magnitudini la luminosita' della SN in banda V (peccato!).

La previsione sarebbe quindi 11.67 + 0.7 = 12.4 (V mag).

Volevo precisare che la magnitudine assoluta e' stimata in banda B nel documento segnalato. Ho comunque fatto questa approssimazione perche', per il tipico continuo delle SN in questa fase, la mag B e' quasi coincidente con quella V.

Dicevamo che le SN di tipo II sono molto variegate in quanto a magnitudine assoluta nella fase del massimo quindi, volendo tenere conto dell'errore associato (anche al modulo di distanza), il risultato si "apre" da mag V 11.7 a 13.1. E' un range davvero ampio che include l'attuale magnitudine (la stima e' quindi poco utile a livello pratico). A vedere la curva di luce AAVSO, a me sembra che siamo gia' nei pressi del massimo.

Dopo alcuni giorni di condizioni meteo non ottimali, ieri sera ho fatto la mia seconda osservazione. Seeing e trasparenza erano buoni (la prima osservazione e' stata disturbata dal passaggio di nubi). Ho utilizzato il Lhires III con il reticolo da 150 l/mm (R~600) mentre la fotometria e' stata svolta dal Mak 90 in parallelo (Baader V, SXV-H9).

Immagine del Mak 90 (somma di tante foto da 60s):

NGC6946.jpg

AAVSO ha prontamente creato la sequenza fotometrica per la SN 2017eaw. Nella composizione che segue ho riportato la cartina, la tabella fotometrica e la mia immagine con le stelle di riferimento evidenziate.

AAVSO_seq.jpg

Siccome per questa sessione lo scopo della fotometria e' quello di permettere la calibrazione dello spettro in flusso assoluto, ho fatto la media dei frame presi durante la ripresa spettroscopia ricavando una magnitudine media in banda V di 12.90 (ho provato sia la media dei frame che il sigma con risultato analogo).

La supernova nella finestra di guida (Lodestar, esp. 6s):

SN2017eaw_lod_6s_full.jpg

Il profilo spettrale calibrato in flusso assoluto:

sn2017eaw_20170517_848_PB.png

Le caratteristiche spettrali sono poco marcate, tipico delle supernove durante le prime fasi. E' questo il motivo per cui la classificazione di una SN appena scoperta non e' banale. Lo spettro delle SN di tipo II mostrano all'inzio solo un continuo blu (ad indicare una alta temperatura) e sono privi di righe.

Essendo passati alcuni giorni, lo spettro ha cominciato a "prendere forma". Le righe sono fortemente allargate per l'enorme velocita' di espansione dei gas ad eccezione della riga D del sodio sui 590 nm (doppietto non risolto), dovuta alle polveri interstellari lungo la linea di vista e la componente in assorbimento dell'idrogeno (P-Cygni) sui 628 nm. Il largo "rigonfiamento" tra 630 e 680 nm e' la componente in emissione dell'idrogeno alfa. Un analogo profilo mi sembra sia esibito dalla riga h-beta tra 465 e 495 nm mentre la "prominenza" a ridosso della riga del sodio potrebbe essere dovuta all'elio neutro He I 5876. Il profilo termina verso il blu con alcuni larghi assorbimenti (ferro ionizzato?).

Un dato che e' possibile ricavare dal profilo e' la velocita' di espansione dei gas a seguito dell'esplosione. Il riferimento piu' affidabile e' la componente in assorbimento del profilo P-Cygni dell'idrogeno che ho misurato sui 6280A circa. L'assorbimento e' spostato verso il blu (avvicinamento) di circa 283 A (h-alfa a riposo: 6563A). A questo shift corrisponde una velocita' di circa 13000 Km/s (delta lambda / lambda * c), un valore compatibile con quanto riportato nell'ATel #10377 del 15 maggio, 14300 Km/s. Tale velocita' subisce infatti un veloce decremento nei primi giorni in quanto la fotosfera recede verso gli strati piu' interni (gli strati esterni diventano piu' trasparenti) che viaggiano ad una velocita' inferiore.

Ho provato ad eseguire una classificazione del mio spettro con Gelato (Harutyunyan et al. 2008, A&A, 488, 383), che ha trovato il tipo corretto (IIP) in fase leggermente avanzata.

Il fit con la SN 1999gi (IIP):

gelatoplot_1999gi.png


Quello con la SN 1999em (IIP):

gelatoplot_1999em.png


Lo spettro di questo tipo di SN subisce forti variazioni con il tempo. La P sta per "Plateau" e indica che la sua curva di luce, dopo il massimo, si stabilizza per alcune settimane per poi iniziare a scendere. In questa fase le righe dovrebbero enfatizzarsi moltissimo, rendendo lo spettro molto piu' "facile" da osservare.

Scusate per la lunghezza. Ho scritto tutto di corsa, spero di non aver commesso grandi errori (anche sostanziali).

Paolo
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Messaggioda Fab » 18 mag 2017, 22:42

Ciao a tutti.
Ottimo lavoro Paolo
L'ho ripresa qualche sera fa.
Con Astrometrica ho misurato magnitudine 12,9 senza filtri.
Volevo provare con il filtro fotometrico R ma si è annuvolato....

Nel frattempo avevo fatto anche 20x100 secondi guidati di integrazioni con lo SA100 ma non ho cavato un ragno dal buco spettro inutilizzabile anche se..... :D una stellina proprio in corrispondenza della riga H-alpha mi ha fatto sobbalzare.

Allarme rientrato.... :ymdevil:

Debbo assolutamente migliorare la mia "tecnica" =)) di ripresa spettroscopica su target deboli.
Indubbiamente lo SA si presta, ma con il campo così popolato di stelle è un problema notevole lavorare con dispositivi senza fenditura. Peccato perchè ci sono innumerevoli target molto interessanti da seguire contemporaneamente per via astrometrica/fotometrica/spettroscopica.
L'immagine è del 16 maggio alle 21:25 UTC
Fabrizio
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SN2017eaw.png
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Messaggioda umberto » 19 mag 2017, 12:04

Complimenti Paolo, Fabrizio sei sulla buona strada, ottimo risultato! Anch'io ho tentato una ripresa, ma il mio setup, non adatto per queste magnitudini, ha registrato solo tanto rumore.Umberto

_sn2017sneaw_20170517_905
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Messaggioda Paolo » 19 mag 2017, 13:15

Ciao Fabrizio, grazie per l'apprezzamento. Complimenti per la tua osservazione fotometrica. Il soggetto e' molto luminoso in base alla tipologia (mediamente le SN sono debolissime) ma essendo di tredicesima resta comunque difficile prenderne lo spettro sotto un cielo fortemente inquinato come quello di Roma.

Poi, come hai giustamente notato, c'e' il problema del campo fitto di stelle. Non siamo ai massimi livelli (es. Sagittario o zone del centro galattico) ma non e' semplice trovare dove "distendere" lo spettro senza sovrapporlo a qualche stella. In questi casi conviene fare una pianificazione "a tavolino" usando le mappe celesti oppure utilizzare la tecnica della rotazione di campo:

viewtopic.php?f=22&t=2499

Al minimo fare due riprese di pari integrazione con un angolo leggermente diverso in modo che sei in gradi di verificare se una emissione nello spettro e' vera o falsa.

Infine occorre aumentare i tempi per guadagnare SNR, 20x100s sono pochi per mag 13 ed un cielo inquinato (da un sito di montagna sarebbe stato diverso).

Se vuoi riprovare aspetta che lo spettro "prende forma" (qualche giorno). Le caratteristiche spettrali marcate riescono piu' facilmente a sovrastare il rumore.


Bravo Umberto, tutta esperienza comunque. Volendo identificare le cause del diverso SNR rispetto alla mia strumentazione, elencherei almeno:

- apertura inferiore del telescopio
- stato dello strato riflettente e dei trattamenti antiriflesso (il tuo C8 e' molto vecchio)
- fenditura aperta a 23 micron contro i 31 micron del mio Lhires III.
- seeing meno favorevole (questo, assieme alla fenditura, puo' stravolgere i risultati)
- camera CCD meno efficiente, ST-8300 contro H694)

Insomma, ognuno ha i suoi limiti, lo stesso vale per me quando mi confronto con chi ha una strumentazione piu' evoluta. Pensa che uno spettroscopista americano (che conosci) ha preso lo spettro di una nova in M31 (mi pare fosse di mag 17)...

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Messaggioda Fab » 19 mag 2017, 13:30

Grazie Umberto e Paolo.

Raggiungere magnitudine elevate da Roma non è un problema
ho fatto astrometria di Makemake che è di 17ma, ma con lo staking
e una buona guida secondo me si arriva alla 19ma.
Il problema è la spettroscopia di oggetti deboli....
Ottima la discussione che mi hai segnalato. =p~


Quindi oltre a riprendere in due posizioni diverse per capire se si
tratta di stelle che si sovrappongono o no......mi è oscuro un passaggio.
Ossia prima di mediare con il metodo sigma come posso ruotare il campo
e tenere fermo il mio spettro in quel modo...?
Fab
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Messaggioda Paolo » 19 mag 2017, 13:48

Se ruoti il blocco CCD+SA100 (solidali fra loro) rispetto all'ottica, lo spettro ha sempre la stessa angolazione rispetto al frame. La rotazione pero' avviene rispetto al centro del frame per cui l'ordine zero cambia posizione (a meno che sia posizionato nel centro, con sensori grandi si puo' fare). Bisogna avere l'accortezza di rimetterlo sempre alle stesse coordinate x/y del frame per mezzo dei movimenti micrometrici della montatura prima di ogni esposizione.

Per l'osservazione della nova di cui vedi l'animazione ho proceduto manualmente ma poi ho acquistato un rotatore manuale che, accoppiato ad un traslatore x-y, permette di avere sempre lo spettro nella stessa posizione nel frame durante la rotazione (vedi oggetto in fondo al topic).

L'allineamento fine (subpixel) viene poi fatto dal sw in base all'ordine zero. Astroart permette di fare con estrema facilita' sia il riposizionamento in un punto del frame (in fase di ripresa) che l'allineamento una stella (nella riduzione dati). Ricorda che solo se gli spettri sono perfettamente allineati puoi procedere con la combinazione sigma.

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Messaggioda LFranco » 20 mag 2017, 19:57

Complimenti Paolo,
bella osservazione ed altrettanto bella e chiara spiegazione.
Purtroppo il problema dell'apertura del telescopio è un limite difficilmente superabile... dobbiamo accontentarci.
Ciao
Lorenzo Franco
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Messaggioda Paolo » 21 mag 2017, 19:56

Grazie a tutti per l'apprezzamento!

Sembra che il declino sia cominciato.

AAVSO_V_lc.jpg

Nel grafico che segue i dati sono interpolati con un polinomio di terzo grado. Il massimo sembra essersi verificato il 19 maggio, con una magnitudine V di circa 12.8. Questo valore, se confermato, non e' lontanissimo da quanto avevamo provato a stimare (V 12.4). Evidentemente la SN2017eaw per questo aspetto non si discosta molto dalla media dei dati storici (SN II-P).

AAVSO_fit.jpg

Uno schema che mostra le tipiche curve di luce delle SN II-L (linear) e II-P (plateau). Fonte wiki:

SN-II_LC.jpg

In realta' il "plateau" non e' sempre cosi' piatto. Piu' spesso e' identificato da un declino meno ripido. Alexei V. Filippenko riporta un grafico nella pagina dedicata alle supernove che mostra le curve di luce caratteristiche delle varie tipologie (tra cui II-L e II-P).

https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Mar ... igure3.jpg

Dalle curve di luce (vecchie SN II-P) che ho visto sul web, il plateau sembra che cominci una magnitudine sopra il massimo. Cioe' la SN dovrebbe perdere una magnitudine, poi entrare nella fase di plateau. Di nuovo il problema dell'apertura... Per i nostri strumenti serviva un po' di luminosita' in piu' per seguire al meglio l'evoluzione spettroscopica. Ma, come dice giustamente Lorenzo, dobbiamo accontentarci! Potremo comunque tentare qualche altra osservazione prima che diventi troppo debole...

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Messaggioda Paolo » 30 mag 2017, 14:41

La SN adesso e' molto piu' facile, le righe spettrali (fortemente allargate per effetto Doppler) si sono evolute e, a differenza dei primi momenti, staccano nettamente sul continuo.

Questo e' il profilo estratto da un singolo frame di 960s:

sn2017eaw_single.png

Il profilo finale ottenuto integrando 8 frame da 960s, calibrato in flusso assoluto con la fotometria V svolta contemporaneamente (mag V 12.999).

sn2017eaw_20170527_883_PB.png


Evoluzione in 10 giorni:

sn2017eaw_comparison.png

Uno spettro cosi' evoluto e' semplice da classificare. Il sistema Gelato (GEneric cLAssification TOol) non ha dubbi: 100 % type II

Gelato2.PNG

Notare che la classificazione automatica non era completamente affidabile (unreliable classification) anche immettendo uno dei primi spettri professionali (disponibile sul TNS). Questo perche' nelle prime fasi c'erano ben poche informazioni oltre il continuo blu. Comunque Gelato restituiva il tipo (II) e sotto tipo (P) corretti.

Ho finalmente installato l'altro grande classificatore di supernove SNID che gira in ambiente UNIX. Il software (GNU General Public License) funziona perfettamente utilizzando un vecchissimo netbook Acer One nel quale ho installato il sistema operativo Lubuntu (in una partizione del disco fisso condiviso con Windows). Per me prima favolosa esperienza con Linux!

SNID e Gelato sono i principali classificatori di supernove attualmente impiegati in modo intensivo da tutti i professionisti. Quando si ha a che fare con SN sufficientemente luminose, sono perfettamente utilizzabili anche dagli astrofili.

Per lo spettro della SN 2017eaw del 27 maggio, SNID trova la migliore correlazione con la SN 1999em (IIP) a 1 giorno dal massimo (ho forzato l'eta' minima a zero giorni in base alla attuale curva di luce). Il fit tra i due profili, anche visivamente, e' molto buono.

SNID_sn2017eaw_2017_05_27.png


La luminosita' della SN pochi giorni fa sembrava aver preso un deciso declino, invece c'e' stata una stabilizzazione (ed anche un rialzo) attorno alla mag 13.

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Messaggioda umberto » 30 mag 2017, 17:03

Mentre al barbecue cuocievano gli arrosticini, il cui aroma si estendeva fino al mio quartiere,il tuo setup osservava la SN. Molto dilettevole conciliare la gastronomia all'astronomia. Grazie e complimenti del report!
Anche se un pò cambiata la sua magnitudine non mi permette di stilare un accettabile profilo,quindi mi accontento del buon profumo che aleggia nel mio terrazzo.
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