[论文解读] A very low central oxygen mass in the peculiar type Ia SN 2010lp: further diversity at the low-luminosity end of SNe Ia

P. A. Mazzali, S. Benetti+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 49被引用 8

一句话总结

本研究对特殊且低光度的Ia型超新星SN 2010lp的星云谱进行了建模，发现其中心氧质量极低，约为0.05 M⊙，分布在两个明显分离、低速度（v < 2000 km s⁻¹）的团块中。双峰[O I] λ6300,6363发射线强烈表明发生了两颗低质量白矮星的剧烈并合或碰撞，凸显了在Ia型超新星低光度端的前身体通道多样性。

ABSTRACT

A nebular spectrum of the peculiar, low-luminosity type Ia supernova 2010lp is modelled in order to estimate the composition of the inner ejecta and to illuminate the nature of this event. Despite having a normally declining light curve, SN 2010lp was similar spectroscopically to SN 1991bg at early times. However, it showed a very unusual double-peaked [OI] $\lambda\lambda\,6300,6363$ emission at late times (Taubenberger et al. 2013). Modelling of the nebular spectrum suggests that a very small amount of oxygen ($\sim0.05$ M$_{\odot}$), expanding at very low speed ($\sim2000$ km/s) is sufficient to reproduce the observed emission. The rest of the nebula is not too dissimilar from SN 1991bg, except that SN 2010lp is slightly more luminous. The double-peaked [OI] emission suggests that SN 2010lp may be consistent with the merger or collision of two low-mass white dwarfs. The low end of the SN Ia luminosity sequence is clearly populated by diverse events, where different channels may contribute.

研究动机与目标

• 为了理解SN 2010lp的性质，这是一颗具有异常晚期光谱的特殊、低光度Ia型超新星。
• 通过星云谱建模，确定内层抛射物的成分与运动学特性。
• 检验所观测到的双峰[O I]发射是否能由已知的爆炸模型解释，特别是涉及亚钱德拉塞卡尔质量白矮星的模型。
• 探讨在Ia型超新星序列低光度端，前身体多样性的意义。
• 评估低中心氧质量与双极结构是否指向特定的爆炸机制，如白矮星并合或碰撞。

提出的方法

• 使用辐射转移代码计算了合成星云谱，以模拟SN 2010lp在爆炸后约300天的观测谱。
• 谱线建模假设为亚钱德拉塞卡尔质量（sub-MCh）爆炸，类似于SN 1991bg，以约束抛射物成分与速度结构。
• 模型中引入了空间分离、低速（v < 2000 km s⁻¹）的富氧团块，以重现双峰[O I] λ6300,6363发射线。
• 通过匹配观测的流量水平与谱线轮廓，对⁵⁶Ni质量与氧质量施加约束，依据光度与谱线强度推导得出。
• 与已发表的白矮星并合与碰撞模型进行比较，特别关注质量比与不对称性的影响。
• 利用光度曲线对消光与距离进行标定，估算出为重现星云光度所需的⁵⁶Ni质量约为0.08 M⊙。

实验结果

研究问题

• RQ1 从星云谱推断，SN 2010lp内层抛射物中氧的质量与空间分布为何？
• RQ2 所观测到的双峰[O I] λ6300,6363发射是否能由具有非对称抛射物的亚MCh爆炸模型重现？
• RQ3 何种前身体情景——如两颗低质量白矮星的剧烈并合或碰撞——最能解释低中心氧质量与双极结构？
• RQ4 SN 2010lp的低⁵⁶Ni质量（~0.08 M⊙）与低中心密度与标准SN 1991bg及其他亚亮光Ia型超新星相比如何？
• RQ5 星云谱中是否存在可区分不同爆炸通道（如双白矮星并合或氦引爆情景）的观测特征？

主要发现

• SN 2010lp的星云谱最符合一个中心氧质量约为0.05 M⊙的亚MCh爆炸模型。
• 双峰[O I] λ6300,6363发射由两个明显分离、低速（v < 2000 km s⁻¹）的富氧团块产生，二者沿相反方向运动。
• 为驱动星云发射而所需的⁵⁶Ni质量估算为~0.08 M⊙，略高于SN 1991bg中发现的~0.06 M⊙。
• 低中心氧质量与缺乏低速碳线表明，前身体中的碳已基本燃烧为氧，残留未燃烧碳极少。
• 观测形态与标准3D并合模拟不一致，后者通常产生单一、球对称的氧核心，表明需要新的或改进的模型。
• 数据支持一种情景，即两颗低质量白矮星发生剧烈并合或碰撞，不完全燃烧与非对称抛射导致了观测到的双极氧结构。