[论文解读] Probing pre-supernova mass loss in double-peaked Type Ibc supernovae from the Zwicky Transient Facility

Kaustav K. Das, M. M. Kasliwal+35 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 132被引用 4

一句话总结

本研究分析了来自兹维克瞬变设施的14例双峰型Ibc超新星，发现其在Ibc超新星中的占比为3–9%。研究将低喷射物质量事件（<1.5 M☉）与晚近的双星质量转移联系起来，而更高质量的前身星则与波驱动或脉动对不稳定导致的质量损失一致，揭示了大质量恒星在爆发前存在不同的质量损失机制。

ABSTRACT

Eruptive mass loss of massive stars prior to supernova (SN) explosion is key to understanding their evolution and end fate. An observational signature of pre-SN mass loss is the detection of an early, short-lived peak prior to the radioactive-powered peak in the lightcurve of the SN. This is usually attributed to the SN shock passing through an extended envelope or circumstellar medium (CSM). Such an early peak is common for double-peaked Type IIb SNe with an extended Hydrogen envelope but is uncommon for normal Type Ibc SNe with very compact progenitors. In this paper, we systematically study a sample of 14 double-peaked Type Ibc SNe out of 475 Type Ibc SNe detected by the Zwicky Transient Facility. The rate of these events is ~ 3-9 % of Type Ibc SNe. A strong correlation is seen between the peak brightness of the first and the second peak. We perform a holistic analysis of this sample's photometric and spectroscopic properties. We find that six SNe have ejecta mass less than 1.5 Msun. Based on the nebular spectra and lightcurve properties, we estimate that the progenitor masses for these are less than ~ 12 Msun. The rest have an ejecta mass &gt; 2.4 Msun and a higher progenitor mass. This sample suggests that the SNe with low progenitor masses undergo late-time binary mass transfer. Meanwhile, the SNe with higher progenitor masses are consistent with wave-driven mass loss or pulsation-pair instability-driven mass loss simulations.

研究动机与目标

• 调查双峰型Ibc超新星的普遍性及其特性，其早期短暂的光曲率峰值表明爆发前存在质量损失。
• 利用光度和光谱数据，确定这些超新星的前身星质量及其演化路径。
• 基于喷射物质量和光曲率形态，区分质量损失机制——双星质量转移与波驱动或脉动对不稳定——之间的差异。
• 约束双峰型Ibc超新星相对于更广泛的Ibc超新星群体的发生率。

提出的方法

• 从兹维克瞬变设施探测到的475例Ibc超新星中系统性识别出14例双峰型Ibc超新星。
• 对光曲线和电离区光谱进行全面的光度和光谱分析，以估算喷射物质量和前身星质量。
• 通过光曲线建模，关联第一个（早期）和第二个（放射性衰变驱动）峰值的亮度。
• 将观测特性与恒星演化模型进行比较，包括单星和双星相互作用情景。
• 通过与波驱动和脉动对不稳定质量损失模拟的对比，评估质量损失机制。
• 利用电离区相光谱和光曲线衰减 timescales 对前身星质量施加统计界限。

实验结果

研究问题

• RQ1 双峰型Ibc超新星在更广泛的Ibc超新星群体中的发生率是多少？
• RQ2 双峰型Ibc超新星中，第一个（早期）和第二个（放射性衰变驱动）光曲率峰值的亮度之间存在何种关系？
• RQ3 双峰型Ibc超新星的前身星质量是多少？它们与喷射物质量有何关联？
• RQ4 哪种质量损失机制——双星质量转移、波驱动，或脉动对不稳定——最能解释这些超新星的观测特性？

主要发现

• 双峰型Ibc超新星的发生率估计为总Ibc超新星群体的3–9%。
• 观测到第一个（早期）和第二个（放射性衰变驱动）光曲率峰值亮度之间存在强烈相关性。
• 在14例超新星中，有6例的喷射物质量小于1.5 M☉，基于电离区光谱和光曲线特性，其前身星质量估计小于~12 M☉。
• 其余8例超新星的喷射物质量大于2.4 M☉，表明其前身星质量更高。
• 前身星质量较低的超新星与晚近双星质量转移一致，而质量较高的则与波驱动或脉动对不稳定质量损失模拟结果一致。
• 双星相互作用模型表明，质量转移可产生延伸的、低密度包层，与低喷射物质量超新星中观测到的早期光曲率峰值一致。