[论文解读] A Bright Ultraviolet Excess in the Transitional 02es-like Type Ia Supernova 2019yvq

J. Burke, D. A. Howell+15 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 171被引用 36

一句话总结

本研究报道了邻近Ia型超新星SN 2019yvq的早期紫外和光学光变曲线及光谱数据，该超新星在爆发后数天内表现出极端的紫外超量——其紫外辐射比光学峰值更明亮。尽管尝试使用星云-伴星冲击模型和亚钱德拉塞卡尔双点火模型进行拟合，但无一模型能完全再现所有观测特征，表明02es类Ia型超新星的前身星系统必须具备各向同性的紫外辐射机制，这挑战了传统的视角依赖性冲击模型。

ABSTRACT

We present photometric and spectroscopic observations of the nearby Type Ia SN 2019yvq, from its discovery $\sim$1 day after explosion to $\sim$100 days after its peak brightness. This SN exhibits several unusual features, most notably an extremely bright UV excess seen within $\sim$5 days of its explosion. As seen in Swift UV data, this early excess outshines its "peak" brightness, making this object more extreme than other SNe with early UV/blue excesses (e.g. iPTF14atg and SN 2017cbv). In addition, it was underluminous ($M_B=-18.4$), relatively quickly declining ($\Delta m_{15}(B)=1.35$), and shows red colors past its early blue bump. Unusual (although not unprecedented) spectral features include extremely broad-lined and high-velocity Si absorption. Despite obvious differences in peak spectra, we classify SN 2019yvq as a transitional member of the 02es-like subclass due to its similarities in several respects (e.g. color, peak luminosity, peak Ti, nebular [Ca II]). We model this dataset with a variety of published models, including SN ejecta - companion shock interaction and sub-Chandrasekhar mass WD double detonation models. Radio constraints from the VLA place an upper limit of $(4.5 - 20) imes 10^{-8}$ M$_{\odot}$/yr on the mass-loss rate from a symbiotic progenitor, which does not exclude a red giant or main sequence companion. Ultimately we find that no one model can accurately replicate all aspects of the dataset, and further we find that the ubiquity of early excesses in 02es-like SNe Ia requires a progenitor system that is capable of producing isotropic UV flux, ruling out some models for this class of objects.

研究动机与目标

• 表征邻近Ia型超新星SN 2019yvq的早期紫外和光学光变曲线及光谱，该超新星具有异常的早期紫外超量。
• 确定极端紫外超量是否可由标准前身星模型（如星云-伴星冲击相互作用或亚钱德拉塞卡尔双点火模型）解释。
• 评估紫外超量对前身星系统的含义，包括利用射电观测对质量损失率的约束。
• 评估SN 2019yvq的观测特性是否与02es类Ia型超新星亚类一致。

提出的方法

• 从爆炸后约1天至峰值后约100天，获取了来自Las Cumbres Observatory、Swift UVOT、ZTF及其他地面望远镜的高时间分辨率光变曲线和光谱数据。
• 使用银河系消光律对光度进行消光修正，并应用K校正以获得绝对星等。
• 将光变曲线和光谱特征与已发表的模型进行比较，包括Kasen (2010) 的星云-伴星冲击模型和Polin et al. (2019a) 的亚钱德拉塞卡尔双点火模型。
• 利用VLA的射电观测数据，对潜在的共生前身星的质量损失率进行约束，得出上限为(4.5–20) × 10⁻⁸ M⊙/yr。
• 分析了星云期光谱，以搜索[Fe II]和[Ca II]的发射线，并利用这些信息评估核合成产物及潜在的双点火特征。
• 使用SNooPy和emcee进行光变曲线拟合，比较观测值与模型值，评估多波段光变曲线的拟合优度。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2019yvq中极端的早期紫外超量是否可由Kasen (2010) 预测的星云-伴星冲击相互作用解释？
• RQ2 SN 2019yvq的观测光变曲线和光谱特征是否与亚钱德拉塞卡尔白矮星双点火模型一致？
• RQ3 为何在02es类Ia型超新星中早期紫外超量如此普遍，而视角依赖效应本应仅使约10%的事件表现出此类特征？
• RQ4 射电观测对非致密伴星（如红巨星或主序星）的存在提供了何种约束？
• RQ5 是否存在单一前身星模型能够完整再现SN 2019yvq的全部数据，包括其紫外超量、宽幅Si II特征及星云期发射线？

主要发现

• SN 2019yvq在爆炸后约5天内表现出极端的紫外超量，紫外通量超过其光学峰值星等，其极端程度超过其他已知的早期紫外超量超新星（如iPTF14atg和SN 2017cbv）。
• 该超新星光度偏低（MB = −18.4），快速衰减（∆m15(B) = 1.35），且在早期蓝峰之后呈现红色颜色，与正常Ia型超新星明显不同。
• 光谱特征包括极其宽幅且高速的Si II吸收、强烈的星云期[Fe II]和[Ca II]发射线，且未检测到H或He，表明其前身星为碳氧白矮星。
• VLA的射电观测对潜在共生伴星的质量损失率设定了上限(4.5–20) × 10⁻⁸ M⊙/yr，该结果不排除红巨星或主序星的存在。
• 无论是星云-伴星冲击模型还是亚钱德拉塞卡尔双点火模型，均无法完全再现SN 2019yvq的所有观测特征，表明需要更复杂的前身星系统。
• 02es类Ia型超新星中早期紫外超量的普遍性表明，前身星系统必须具备各向同性紫外辐射机制，这挑战了传统的视角依赖性冲击模型，更支持星周物质或双极喷流等机制。