Properties of the Optical Hot Spots in the Circumstellar Ring of SN 1987A
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Egenskaperna hos de optiska klumparna i den cirkumstellära ringen i SN 1987A (Swedish)
Abstract [en]
The proximity of Supernova 1987A provides a great opportunity to study the aftermath of the impact of the ejecta with the dense clumps (observed as ”hot spots”) located in the equatorial circumstellar ring. This thesis examines the properties of the clumps by using Hubble Space Telescope optical imaging taken with the F625W and F675W broad filters between 1994 and 2022. The centroids and widths of the spots are measured by a 2-dimensional fitting of their intensities. These are subsequently used to determine the evolution of the spots.
The analysis shows that the spots are radially expanding initially with velocities from 140 km s⁻¹ up to ∼ 1700 km s⁻¹. This wide range of velocities could imply a wide range of densities for the clumps. There is evidence that the spots are slowing down after ∼ 7000 days, which might be a consequence of the blast wave leaving the ring. The acceleration of the spots remains undetectable, indicating that it might be happening in faster times than the observational time scale of one year. Data further suggest that the brightest spots are spatially resolved with projected diameters of (3 − 5) × 10¹⁶ cm. It is hinted that the spots are increasing in size after the impact, suggesting that new gas is being swept up, though the dissolution of the spots might also be responsible for this effect. A rough mass estimate for the resolved spots of order 10⁻² M⊙ is inferred from the measured widths and an upper limit of 1.6 M⊙ on the mass of the shocked gas in the clumps in the whole ring. These estimates though depend on the geometry and composition idealizations used.
Abstract [sv]
Närheten till Supernova 1987A ger en stor möjlighet att studera efterdyningarna av effekten av ejecta med de täta klumpar (observerade som "hot spots") som finns i den cirkumstellära ringen. Den här avhandlingen undersöker klumparnas egenskaper genom att använda Hubble Space Telescope optisk avbildning tagen med F625W och F675W breda filter mellan 1994 och 2022. Fläckarnas tyngdpunkter och bredder mäts med en 2-dimensionell fitting av deras intensiteter. Dessa används sedan för att bestämma fläckarnas utveckling.
Analysen visar att fläckarna initialt expanderar radiellt med hastigheter från 140 km s⁻¹ upp till ~1700 km s⁻¹. Detta breda intervall av hastigheter kan innebära ett brett intervall av densiteter för klumparna. Det finns bevis för att fläckarna saktar ner efter ~7000 dagar, vilket kan vara en konsekvens av att tryckvågen från explosionen lämnar ringen. Accelerationen av fläckarna förblir oupptäckbar, vilket indikerar att det kan hända i snabbare tider än observations tidsskalan på ett år. Data tyder vidare på att de ljusaste fläckarna är rumsligt upplösta med projicerade diametrar på (3 - 5) × 10¹⁶ cm. Det antyds att fläckarna ökar i storlek efter nedslaget, vilket tyder på att ny gas sopas upp, även om upplösningen av fläckarna också kan vara ansvarig för denna effekt. En grov massuppskattning för de upplösta fläckarna av storleksordningen 10⁻² M⊙ härleds från de uppmätta bredderna och en övre gräns på 1.6 M⊙ på massan av den chockade gasen i klumparna i hela ringen. Dessa uppskattningar beror dock på de idealiseringar av geometri och sammansättning som används.
Place, publisher, year, edition, pages
2023.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2023:030
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-325978OAI: oai:DiVA.org:kth-325978DiVA, id: diva2:1752114
Subject / course
Physics
Educational program
Master of Science - Engineering Physics
Supervisors
Examiners
2023-04-202023-04-202024-09-18Bibliographically approved