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Transients in the Local Universe Mansi M. Kasliwal (Caltech) On behalf of the PALOMAR TRANSIENT FACTORY The EvenDul Universe March 18, 2010

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Transients  in  the  Local  UniverseMansi  M.  Kasliwal  (Caltech)

On  behalf  of  thePALOMAR  TRANSIENT  FACTORY

The  EvenDul  UniverseMarch  18,  2010

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Why  “Local”  Universe?

2

GravitaConal  Waves:  d  <  200Mpc

UHECR,  GZK  Cutoff  ~100  MpcNeutrinos:  d  <  10Mpc

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Empty?

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Empty?

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Empty?

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Empty?

Which  “Transients”?

3

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

The  Experiment

~20,000  galaxies  with  d  <  200  Mpc  (RARE)

1-­‐day  cadence  (FAST)

m  <  21  depth    (FAINT)

Real-­‐Ume  discovery  pipeline

Built-­‐in  photometric  follow-­‐up  

Spectroscopic  classificaUon  of  ALL  candidates

4

To  find  transients  in  the  gap,  PTF  is  the  most  sensi4ve  survey  thus  far….

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

2008ha  in  2002cx-­‐family? 2002cx-­‐family:  “peculiar”  Ia  as  

standard  candle  deviants

2008ha:   >10x  fainter

 >30  days  shorter  lived

 >3000  km/s  slower  ejecta

White  Dwarf  OR  Massive  Star?

5

Foley  et  al.  09

ValenU  et  al.  09

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Result  I:  Origin  of  2002cx-­‐family

6

 PTF09eoi  bridges  the  gap  between  2008ha  and  2002cx  PTF09ego  is  the  brightest  member  of  this  class

 If  Ia,    Mej  >  4.5  M!  NOT  a  white  dwarf  Are  these  massive  stars,  perhaps  collapsing  into  a  black  hole?

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Background:  2005E

7

Halo  LocaCon:    Not  a  Massive  Star

Fast  Photometric  EvoluConFaint  LuminosityLowest  Known  EjectaAIC  or  SN  .Ia?

Perets  et  al.  09Perets  et  al.  09

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   8

Result  II:  Mysterious  PTF09dav

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   8

Result  II:  Mysterious  PTF09davLocaCon:  

 40kpc  from  putaCve  spiral  hostPhotometric  EvoluCon:

 In  the  GAP,  Mg  =  -­‐14.8  Very  fast,  1  mag  in  10  days  Very  red,  g-­‐r  =  1.2

Spectrum:  Similar  to  SN1991bg  but  with  He  Hydrogen  in  nebular  phase

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   8

Result  II:  Mysterious  PTF09davLocaCon:  

 40kpc  from  putaCve  spiral  hostPhotometric  EvoluCon:

 In  the  GAP,  Mg  =  -­‐14.8  Very  fast,  1  mag  in  10  days  Very  red,  g-­‐r  =  1.2

Spectrum:  Similar  to  SN1991bg  but  with  He  Hydrogen  in  nebular  phase

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   8

Result  II:  Mysterious  PTF09davLocaCon:  

 40kpc  from  putaCve  spiral  hostPhotometric  EvoluCon:

 In  the  GAP,  Mg  =  -­‐14.8  Very  fast,  1  mag  in  10  days  Very  red,  g-­‐r  =  1.2

Spectrum:  Similar  to  SN1991bg  but  with  He  Hydrogen  in  nebular  phase

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Result  III:  Ephemeral  PTF10bhp

9

 Very  short-­‐lived?  t1  =  5  days

 Subluminous  Mr  =  -­‐16

Spectroscopically,  Type  Ic

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10

Summary:1.  New  members  of  the  02cx-­‐family:Evidence  for  a  massive  star  origin2.  The  mysterious,  faint,  fast    

PTF09dav3.  The  short-­‐lived  PTF10bhp

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Stay  tuned…The  fun  has  only  just  begun!

10

Summary:1.  New  members  of  the  02cx-­‐family:Evidence  for  a  massive  star  origin2.  The  mysterious,  faint,  fast    

PTF09dav3.  The  short-­‐lived  PTF10bhp

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal  

Extra  slides…

11

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   12

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   12

Bright,  Plenty

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   12

Bright,  Plenty

Faint,  Rare

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   13

TheoreUcal  Impetus

Bildsten  et  al  07

Kulkarni  05

e.g.,  Fryer  et  a

l  2007

AICMetzger  et  al  09

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   14

Predicted  Light  Curves

Fryer  et  al.  09

Fallback  BH

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   14

Predicted  Light  Curves

Fryer  et  al.  09

Fallback  BH

Fryer  et  al.  09

.Ia

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   14

Predicted  Light  Curves

Fryer  et  al.  09

AIC

Fryer  et  al.  09

Fallback  BH

Fryer  et  al.  09

.Ia

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   14

Predicted  Light  Curves

Metzger  et  al.  09Fryer  et  al.  09

AIC

Fryer  et  al.  09

Fallback  BH

Fryer  et  al.  09

.Ia

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   15

Kasliwal  et  al,  in  prep

eLIGO  -­‐>  PTF

• LIGO  localizaUons  are  very  poor– 50%ile  :  7..40  sq  deg– 90%ile  :  120..700  sq  deg  

• If  follow-­‐up  is  concentrated  on  known  galaxies  within  50  Mpc,  foreground/background  false  posiUves  are  reduced  to  tens  to  hundreds  of  arcmin!

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   16

A  200Mpc  Catalog

• Lel  :  Completeness  of  compiled  galaxy  catalog  given  expected  total  light  (Schechter  funcCon)  vs.  distance

• Right  :  Completeness  as  a  funcCon  of  depth  of  survey.  Major  surveys  contribuCng  to  nearby  galaxy  measurements  are  denoted  by  verCcal  lines  with  length  proporConal  to  fracCon  of  

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   17

P60-­‐M81OT-­‐071213  :  Faint,  Fast  Nova?

• Discovery  by  P60-­‐FasTING  on  UT  2007  Dec  13,  Mg  =  -­‐7.3• Too  fast  declining  (1  mag  day-­‐1)  for  its  faintness

• Width  of  Balmer  emission  lines,  3100  km  s-­‐1,  2400  km  s-­‐1

• Hα/Hβ  =    3.8  =>    Av  =  0.85  

• No  X-­‐ray  emission  a  week  aler  peak  :  Not  a  NS/BH  

Kasliwal  et  al,  in  prep

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   17

P60-­‐M81OT-­‐071213  :  Faint,  Fast  Nova?

• Discovery  by  P60-­‐FasTING  on  UT  2007  Dec  13,  Mg  =  -­‐7.3• Too  fast  declining  (1  mag  day-­‐1)  for  its  faintness

• Width  of  Balmer  emission  lines,  3100  km  s-­‐1,  2400  km  s-­‐1

• Hα/Hβ  =    3.8  =>    Av  =  0.85  

• No  X-­‐ray  emission  a  week  aler  peak  :  Not  a  NS/BH  

Kasliwal  et  al,  in  prep

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   17

P60-­‐M81OT-­‐071213  :  Faint,  Fast  Nova?

• Discovery  by  P60-­‐FasTING  on  UT  2007  Dec  13,  Mg  =  -­‐7.3• Too  fast  declining  (1  mag  day-­‐1)  for  its  faintness

• Width  of  Balmer  emission  lines,  3100  km  s-­‐1,  2400  km  s-­‐1

• Hα/Hβ  =    3.8  =>    Av  =  0.85  

Kasliwal  et  al,  in  prep

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   17

P60-­‐M81OT-­‐071213  :  Faint,  Fast  Nova?

• Discovery  by  P60-­‐FasTING  on  UT  2007  Dec  13,  Mg  =  -­‐7.3• Too  fast  declining  (1  mag  day-­‐1)  for  its  faintness

• Width  of  Balmer  emission  lines,  3100  km  s-­‐1,  2400  km  s-­‐1

• Hα/Hβ  =    3.8  =>    Av  =  0.85  

• No  X-­‐ray  emission  a  week  aler  peak  :  Not  a  NS/BH  

Kasliwal  et  al,  in  prep

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   18

P60-­‐M81OT-­‐081203  -­‐  Featureless?

• Photometrically  like  a  nova,  -­‐7.6

• Spectroscopically  featureless!  

• Foreground?  Background?  

• Novel?  Synchrotron?

Kasliwal  et  al,  in  prep

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   19

M85OT  :  A  Luminous  Red  Nova  

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

Kulkarni    et  al.  2007

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   19

M85OT  :  A  Luminous  Red  Nova  

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• FWHM  Hα =  350  km/s,  Teff  ~  4700K

Kulkarni    et  al.  2007

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   19

M85OT  :  A  Luminous  Red  Nova  

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• FWHM  Hα =  350  km/s,  Teff  ~  4700K

• Proposed  Models:

– Stellar  Merger  (Soker  &  Tylenda  2006,  M2/M1  ~  0.03..0.1,  cool  remnant)  

– Extreme  Classical  Nova  (Shara,  low-­‐mass  WD  with  hot  remnant)

– Extreme  Type  IIp  supernova  (Pastorello  et  al  2007)

Kulkarni    et  al.  2007

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   19

M85OT  :  A  Luminous  Red  Nova  

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• FWHM  Hα =  350  km/s,  Teff  ~  4700K

• Proposed  Models:

– Stellar  Merger  (Soker  &  Tylenda  2006,  M2/M1  ~  0.03..0.1,  cool  remnant)  

– Extreme  Classical  Nova  (Shara,  low-­‐mass  WD  with  hot  remnant)

– Extreme  Type  IIp  supernova  (Pastorello  et  al  2007)

• Rate  :  >0.015  /  yr  /  1011  Lsun  

Kulkarni    et  al.  2007

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Aug  17,  2009 Stellar  Death  and  Supernovae  /  Kasliwal 20

“eAGB”  stars

•  SN2008S  (in  NGC6946)  and  NGC300-­‐OT  had  extremely  red  progenitors  -­‐  dust  enshrouded  SNe?  e-­‐capture  SNe?•  Spectroscopic  and  Photometric  explosion  signature  -­‐  LBV?  

Thompson  et  al  2008 Smith  et  al  2008

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   21

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   21

Woosley  et  al  2002

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   21

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   22

I.  P60-­‐FasTING

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   22

I.  P60-­‐FasTINGNov  18 Reference SubtracUon

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   22

I.  P60-­‐FasTINGNov  18 Reference SubtracUon

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   22

I.  P60-­‐FasTINGNov  18 Reference SubtracUon

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   22

I.  P60-­‐FasTINGNov  18 Reference SubtracUon

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Aug  17,  2009 Stellar  Death  and  Supernovae  /  Kasliwal 23

Faint  and  Fast  Novae

Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24

 MMRD?

Kasliwal  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   24

 MMRD?

Kasliwal  et  al.  2009

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Aug  17,  2009 Stellar  Death  and  Supernovae  /  Kasliwal 25

II.  CFHT-­‐COVET

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Aug  17,  2009 Stellar  Death  and  Supernovae  /  Kasliwal 26

CFHT-­‐COVET• 7  sq  deg  Virgo  +  3  sq  deg  Coma,  daily,  56  days

• 160  Transients  :    – 140  Background  SN/AGN  

–  20  Virgo  Novae

• Upper  limit  :  – @  Mv  <  -­‐9,  Rate  <  9.5  x  1010  Lsun-­‐yr

– @  Mv  <  -­‐13,  Rate  <  4.4  x  1011  Lsun-­‐yr

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   27

Mystery  III.  2008S/NGC300-­‐OTWhat  type  of  star  exploded  !?

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   27

Mystery  III.  2008S/NGC300-­‐OTWhat  type  of  star  exploded  !?

>20  MLBV

Smith  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   27

Mystery  III.  2008S/NGC300-­‐OTWhat  type  of  star  exploded  !?

 8-­‐11  M  e-­‐  capture?

Thompson  et  al.  2008,  Prieto  et  al.  2008

>20  MLBV

Smith  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   27

Mystery  III.  2008S/NGC300-­‐OTWhat  type  of  star  exploded  !?

 8-­‐11  M  e-­‐  capture?

Thompson  et  al.  2008,  Prieto  et  al.  2008

>20  MLBV

Smith  et  al.  2009

12-­‐25  M  SN?

Gogarten  et  al.  2009

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   28

Mystery  IV.  M85OT/M31RV/V838Mon

Thompson  et  al.  2008,  Prieto  et  al.  2008

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• Late-­‐Ume  (180  days)  excess  in  Spitzer  mid-­‐IR  bands  similar  to  V838Mon  and  M31RV  ;  Blackbody  Teff  ~  950K    (Rau  et  al.  2006)

Kulkarni    et  al.  2007

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   28

Mystery  IV.  M85OT/M31RV/V838Mon

Thompson  et  al.  2008,  Prieto  et  al.  2008

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• Late-­‐Ume  (180  days)  excess  in  Spitzer  mid-­‐IR  bands  similar  to  V838Mon  and  M31RV  ;  Blackbody  Teff  ~  950K    (Rau  et  al.  2006)

• FWHM  Hα =  350  km/s,  Teff  ~  4700K

Kulkarni    et  al.  2007

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Mar  18,  2010 The  Even0ul  Universe/  Kasliwal   28

Mystery  IV.  M85OT/M31RV/V838Mon

Thompson  et  al.  2008,  Prieto  et  al.  2008

• MR  =  -­‐12!  Extremely  red  (g-­‐R  =  2)  and  long  plateau  at  2  x  1040  ergs/s

• Late-­‐Ume  (180  days)  excess  in  Spitzer  mid-­‐IR  bands  similar  to  V838Mon  and  M31RV  ;  Blackbody  Teff  ~  950K    (Rau  et  al.  2006)

• FWHM  Hα =  350  km/s,  Teff  ~  4700K

• Proposed  Models:

– Stellar  Merger  (Soker  &  Tylenda  2006,  M2/M1  ~  0.03..0.1,  cool  remnant)  

– Extreme  Classical  Nova  (Shara,  pers  comm)

– Extreme  Type  IIp  supernova  (Pastorello  et  al  2007)

Kulkarni    et  al.  2007

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