An Embedded X-Ray Source Shines through the Aspherical AT 2018cow: Revealing the Inner Workings of the Most Luminous Fast-evolving Optical Transients - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Astrophys.J. Année : 2019

An Embedded X-Ray Source Shines through the Aspherical AT 2018cow: Revealing the Inner Workings of the Most Luminous Fast-evolving Optical Transients

R. Margutti
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B.D. Metzger
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R. Chornock
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I. Vurm
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N. Roth
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B.W. Grefenstette
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V. Savchenko
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R. Cartier
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J.F. Steiner
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B. Margalit
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D. Milisavljevic
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K.D. Alexander
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M. Bietenholz
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P.K. Blanchard
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E. Bozzo
D. Brethauer
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C. Guidorzi
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A. Hajela
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K. Hurley
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E. Kuulkers
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P. Laurent
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S. Mereghetti
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J. Banovetz
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N. Bartel
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A.V. Kozlova
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T. Laskar
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D.S. Svinkin
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M.R. Drout
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A. Macfadyen
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K. Paterson
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Résumé

We present the first extensive radio to γ-ray observations of a fast-rising blue optical transient, AT 2018cow, over its first ~100 days. AT 2018cow rose over a few days to a peak luminosity L pk ~ 4 × 1044 erg s−1, exceeding that of superluminous supernovae (SNe), before declining as L ∝ t −2. Initial spectra at δt  15 days were mostly featureless and indicated large expansion velocities v ~ 0.1c and temperatures reaching T ~ 3 × 104 K. Later spectra revealed a persistent optically thick photosphere and the emergence of H and He emission features with v ~ 4000 km s−1 with no evidence for ejecta cooling. Our broadband monitoring revealed a hard X-ray spectral component at E ≥ 10 keV, in addition to luminous and highly variable soft X-rays, with properties unprecedented among astronomical transients. An abrupt change in the X-ray decay rate and variability appears to accompany the change in optical spectral properties. AT 2018cow showed bright radio emission consistent with the interaction of a blast wave with v sh ~ 0.1c with a dense environment ( for v w  = 1000 km s−1). While these properties exclude 56Ni-powered transients, our multiwavelength analysis instead indicates that AT 2018cow harbored a "central engine," either a compact object (magnetar or black hole) or an embedded internal shock produced by interaction with a compact, dense circumstellar medium. The engine released ~1050–1051.5 erg over ~103–105 s and resides within low-mass fast-moving material with equatorial–polar density asymmetry (M ej,fast  0.3 M ☉). Successful SNe from low-mass H-rich stars (like electron-capture SNe) or failed explosions from blue supergiants satisfy these constraints. Intermediate-mass black holes are disfavored by the large environmental density probed by the radio observations.

Dates et versions

hal-01921713 , version 1 (14-11-2018)

Identifiants

Citer

R. Margutti, B.D. Metzger, R. Chornock, I. Vurm, N. Roth, et al.. An Embedded X-Ray Source Shines through the Aspherical AT 2018cow: Revealing the Inner Workings of the Most Luminous Fast-evolving Optical Transients. Astrophys.J., 2019, 872 (1), pp.18. ⟨10.3847/1538-4357/aafa01⟩. ⟨hal-01921713⟩
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