Ia型超新星多样性的观测研究

张居甲

(中国科学院云南天文台昆明650011)

通常认为Ia型超新星来自碳氧白矮星的热核爆炸,利用其光度可标准化的特性进行宇宙学距离测量,发现宇宙处于加速膨胀状态.然而Ia型超新星的研究仍存在一些基本问题没有解决.这些问题和Ia型超新星观测上的多样性密切相关.通过对处于爆发极早期的Ia型超新星进行观测,获得前身星系统的残留信息,是研究观测多样性起源、提高测距精度的关键环节.我们利用丽江2.4 m望远镜,从国内外超新星巡天项目发现的近百颗超新星候选体中证认出84颗超新星,包括一批处于爆发早期的Ia型超新星.结合国内外多台望远镜的后续监测数据,发现在现有的分类体系中,一些Ia型超新星难以被归入已知的光谱和测光亚类,表明它们可能具有不同的前身星性质或者不同的爆发机制.

下面介绍其中3个有代表性的观测和研究工作:

(1)窄线型的Ia型超新星SN 2012fr:通过对SN 2012fr的观测和研究,发现在高光度“浅硅型”Ia型超新星中存在两种不同轮廓的Si II λ 6355吸收,分别以SN 2012fr以及SN 1991T为代表,暗示着不同的抛射物结构.这两类Ia型超新星存在明显不同的观测性质,比如早期紫外-光学颜色演化以及二次电离铁线的强度.因此,建议将类似SN 2012fr的“浅硅型”Ia型超新星归入到一类新型子类,即窄线型Ia型超新星.这些窄线型Ia型超新星有着较小的光变曲线下降率、较窄的谱线吸收轮廓以及较年轻的诞生环境.窄线型Ia型超新星的发现对于减小“浅硅型”Ia型超新星的内部光度弥散,提高使用这类Ia型超新星开展测距时的精度有着重要意义.

(2)贫钙且明亮的Ia型超新星SN 2011hr:通过对SN 2011hr的观测和模型分析,发现这颗极端的类91T型Ia型超新星,同时又具有类似超钱德拉塞卡极限候选体SN 2007if的光谱性质.光谱模拟计算表明其超高的光度以及较弱的Si II、Ca II吸收是由于爆炸时前身星物质更为充分地燃烧成铁族物质所致,进而暗示某些超亮的Ia型超新星仍然可以在钱氏质量极限的理论框架下进行解释.

(3)富碳的Ia型超新星SN 2013dy:SN 2013dy极早期的光变曲线表明其前身星半径在0.25R⊙以内,结合早期光谱中明显的碳、氧吸收,强有力地证明它的前身星是碳氧白矮星.后续研究表明:这颗Ia型超新星观测性质大体正常,在分类上处于过渡区域,光学光度较高,但是近红外光度偏低.结合SN 2011hr偏高的近红外光度,我们发现这些光变曲线下降较慢的“浅硅型”Ia型超新星在近红外存在2.0 mag左右的光度弥散,由此对Ia型超新星近红外光度基本均匀的假设提出了质疑.

这些研究表明Ia型超新星有着非常丰富的多样性,说明它们的前身星性质以及爆炸机制存在很多差异,值得我们继续开展观测和理论研究.而这些研究对于提高超新星测量河外距离的精度来说是必不可少的.