[论文解读] Spectropolarimetry of the Type Ia SN 2019ein rules out significant global asphericity of the ejecta

Kishore C. Patra, Yi Yang+13 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 98被引用 16

一句话总结

本研究对高速Ia型超新星SN 2019ein进行了多 epoch 光谱偏振测量，揭示了低连续谱偏振度（0.0–0.3%）和一致的偏振位置角，表明抛射物接近球对称。Si ii λ6355和Ca ii NIR3特征在光变最大亮度时仍保持约1%的高线偏振度，排除了爆炸后一个月内存在显著全局非球对称性，不利于合并诱导和双引爆前身星模型。

ABSTRACT

Detailed spectropolarimetric studies may hold the key to probing the explosion mechanisms and the progenitor scenarios of Type Ia supernovae (SNe Ia). We present multi-epoch spectropolarimetry and imaging polarimetry of SN 2019ein, an SN Ia showing high expansion velocities at early phases. The spectropolarimetry sequence spans from ∼-11 to +10 d relative to peak brightness in the B band. We find that the level of the continuum polarization of SN 2019ein, after subtracting estimated interstellar polarization, is in the range 0.0-0.3 per cent, typical for SNe Ia. The polarization position angle remains roughly constant before and after the SN light-curve peak, implying that the inner regions share the same axisymmetry as the outer layers. We observe high polarization (∼1 per cent) across both the Si ii λ6355 and Ca ii near-infrared triplet features. These two lines also display complex polarization modulations. The spectropolarimetric properties of SN 2019ein rule out a significant departure from spherical symmetry of the ejecta for up to a month after the explosion. These observations disfavour merger-induced and double-detonation models for SN 2019ein. The imaging polarimetry shows weak evidence for a modest increase in polarization after ∼20 d since the B-band maximum. If this rise is real and is observed in other SNe Ia at similar phases, we may have seen, for the first time, an aspherical interior similar to what has been previously observed for SNe IIP. Future polarization observations of SNe Ia extending to post-peak epochs will help to examine the inner structure of the explosion.

研究动机与目标

• 为了探究SN 2019ein——一颗高速Ia型超新星的爆炸几何形态与前身星情景。
• 通过光谱偏振特征检验抛射物中是否存在显著的全局非球对称性。
• 研究偏振度在抛射物中的演化，特别是光变最大亮度前后阶段。
• 基于偏振度约束，评估双星合并、单星吸积和双引爆等竞争前身星模型的可行性。
• 探究后峰值阶段偏振度上升是否暗示非球对称内层结构的出现，可能与离子态转变相关。

提出的方法

• 在B波段最大亮度前10.9天至后10.1天内开展多 epoch 光谱偏振测量。
• 测量光谱中连续谱和线偏振度，并利用尘埃模型校正星际偏振影响。
• 利用RINGO3仪器的成像偏振测量追踪峰值后的偏振度演化。
• 通过分析偏振位置角的稳定性，推断抛射物随时间的轴对称性。
• 将观测到的偏振度轮廓与理论模型进行比较，包括延迟引爆和失败爆燃情景。
• 评估约+21天后峰值阶段偏振度上升的显著性，考虑RINGO3数据中的系统不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2019ein的抛射物是否表现出显著的全局非球对称性，由连续谱偏振度指示？
• RQ2 Si ii λ6355和Ca ii NIR3的高速特征是否与非球对称辐射或散射几何相关？
• RQ3 偏振位置角是否随时间保持稳定，表明存在持续的对称轴？
• RQ4 约+21天后峰值阶段观测到的偏振度上升是否为本征现象，表明存在非球对称的内层能量源？
• RQ5 哪些前身星模型——合并诱导、双引爆或延迟引爆——与观测到的偏振度特征一致？

主要发现

• SN 2019ein的连续谱偏振度在整个爆炸后第一个月内保持在0.0–0.3%之间，表明抛射物接近球对称。
• 峰值前后的偏振位置角保持稳定，表明从外层到内层抛射物均存在持续的轴对称结构。
• 在最大亮度时，Si ii λ6355和Ca ii NIR3特征处观测到约1%的高线偏振度，表明高速抛射物中存在局部非球对称性。
• 观测到的偏振度特征排除了爆炸后一个月内抛射物存在显著全局偏离球对称的可能性。
• 约+21天后峰值阶段出现的偏振度上升虽受系统不确定性影响，但可能表明更深入地观测到Fe iii再结合为Fe ii时的非球对称中心能量源。
• 低连续谱偏振度与高线偏振度的组合与引爆失败的爆燃模型一致，支持观测视角接近θ ≈ 0°（即从点火侧观测）