[论文解读] A unique core-collapse supernova in an elliptical galaxy

Koji S. Kawabata, Keiichi Maeda+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本文提出，SN 2005cz 是一颗在椭圆星系中发生的暗淡、快速衰减的富氦超新星，其成因是低质量前身星（8–12 M☉）通过双星相互作用损失了氢包层后的核心塌缩事件。前身星的薄氧和硅富集层导致 56Ni 和氧抛射物极少，解释了其弱发射线和暗淡光曲线，与宿主星系中近期的恒星形成一致。

ABSTRACT

The unusual helium-rich (type Ib) supernova SN 2005E is distinguished from any supernova hitherto observed by its faint and rapidly fading light curve, prominent calcium lines in late-phase spectra and lack of any mark of recent star formation near the supernova location. These properties are claimed to be explained by a helium detonation in a thin surface layer of an accreting white dwarf (Perets et al. 2010). Here we report on observations of SN 2005cz appeared in an elliptical galaxy, whose observed properties resemble those of SN 2005E in that it is helium-rich and unusually faint, fades rapidly, shows much weaker oxygen emission lines than those of calcium in the well-evolved spectrum. We argue that these properties are best explained by a core-collapse supernova at the low-mass end ($8-12 M_{\odot}$) of the range of massive stars that explode (Smartt 2009). Such a low mass progenitor had lost its hydrogen-rich envelope through binary interaction, having very thin oxygen-rich and silicon-rich layers above the collapsing core, thus ejecting a very small amount of radioactive $^{56}$Ni and oxygen. Although the host galaxy NGC 4589 is an elliptical, some studies have revealed evidence of recent star-formation activity (Zhang et al. 2008), consistent with the core-collapse scenario.

研究动机与目标

• 解释 SN 2005cz 的异常特性，即一颗在椭圆星系中发生的暗淡、快速衰减的富氦超新星。
• 解决宿主星系的椭圆星系形态与核心塌缩超新星存在之间的矛盾。
• 确定与观测到的光谱和光曲线特征一致的前身星质量与演化历史。
• 评估宿主星系中近期恒星形成是否支持核心塌缩星的起源。

提出的方法

• 分析 NGC 4589 中 SN 2005cz 的光学光曲线及晚期光谱。
• 将观测到的光谱特征（尤其是弱氧线与强钙线）与核心塌缩超新星的理论模型进行比较。
• 通过双星相互作用建模前身星演化，以解释氢包层的损失及薄氧/硅层的形成。
• 根据光曲线衰减速率估算 56Ni 质量，并与低质量恒星的核心塌缩模型进行比较。
• 利用宿主星系数据（包括近期恒星形成指标）约束前身星年龄与环境。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么机制导致了 SN 2005cz 暗淡且快速衰减的光曲线？
• RQ2 为何 SN 2005cz 的光谱中表现出强钙线但弱氧发射线？
• RQ3 如何解释在传统上被认为恒星形成已停止的椭圆星系中发生核心塌缩超新星？
• RQ4 何种前身星质量与演化历史最能解释 SN 2005cz 的观测特性？

主要发现

• SN 2005cz 最合理的解释是来自低质量前身星（8–12 M☉）的核心塌缩超新星，其氢包层通过双星相互作用被剥离。
• 前身星的薄氧和硅富集层导致 56Ni 和氧抛射物极少，与暗淡光曲线和弱氧发射线一致。
• 晚期光谱中观测到的钙线与核心塌缩星的起源及前身星的化学成分一致。
• 宿主星系 NGC 4589 中存在近期恒星形成的证据，支持了核心塌缩星的起源，尽管其形态为椭圆星系。