雲南天文臺等解碼II型超新星多樣性

2020-09-09 光明網

近期，中國科學院雲南天文臺副研究員張居甲及其合作者關於II型超新星多樣性起源的研究成果在《英國皇家天文學會學報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上發表。該文章利用相互作用模型解釋II型超新星多樣性起源，是研究II型超新星爆發機制以及宇宙學應用的重要一環。

II型超新星是繼Ia型超新星之後又一優質的宇宙學測距工具，有望將超新星測距範圍擴展到更早期宇宙，從而揭示宇宙演化的歷史。根據光變曲線輪廓，傳統上II型超新星分成光變曲線呈現出平臺特徵的IIP型以及光變曲線在星等尺度上線性下降的IIL型。然而，這兩種II型超新星的起源尚存爭議。通常認為的富氫殼層電離複合模型可以解釋IIP型超新星的光度平臺以及光度斷崖式跌落，但不能很好地解釋IIL型超新星相對更高的光度，以及同樣可能出現的光度斷崖式跌落。

張居甲等人通過超新星SN 2018zd監測，發現該超新星爆炸前有過劇烈的星風損失過程，從而在距離恆星中心2000個太陽半徑的位置形成了總量約為0.18個太陽質量的激波以及拋射物質與星周物質發生相互作用，從而產生更高的光度。結合該超新星光譜和光度演化特徵，研究人員提出IIL型超新星來自早期具有強烈且短暫相互作用的IIP型超新星。由此可以解釋IIL型超新星更高的峰值光度、更快的光度下降率以及和IIP相似的光度斷崖式跌落。

該工作認為II型超新星爆炸極早期普遍存在相互作用，其強弱以及持續時間的長短是導致II型超新星觀測多樣性的主要因素。進一步提出早期相互作用是造成II型超新星光度-速度關係彌散的主要來源，指出了提高II型超新星宇宙學測距精度的方向。

由於觀測不夠及時，以前往往沒有捕捉到爆炸初始時刻的關鍵信息，從而對II型超新星分類產生誤解。得益於麗江2.4米望遠鏡（LJT）靈活、高效的時間分配策略，能夠在SN 2018zd發現後幾個小時內開展光譜和測光觀測，從而捕獲到早期關鍵信息。通過LJT優秀的暗場探測能力，科學家獲得了該超新星長達456天的演化軌跡，結合全球聯測，揭示出爆炸背後的秘密，解碼II型超新星多樣性起源。

該工作利用了麗江2.4米望遠鏡、興隆2.16米望遠鏡、清華-國臺80釐米望遠鏡、Konkoly 1米望遠鏡、Apache Point 3.5米望遠鏡以及Keck-I 10米望遠鏡等設備，得到國家自然科學基金委、中科院青年創新促進會、雲南省萬人計劃「青年拔尖」人才項目、國家重點基礎研究發展規劃項目等的支持。

SN 2018zd及其宿主星系NGC 2146 UBV三色成像（數據來自麗江2.4米望遠鏡）

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