[论文解读] Luminous Red Nova 2015 in the Galaxy M101

V. P. Goranskij, E. A. Barsukova+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2016

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 2被引用 12

一句话总结

本文报告了在旋涡星系M101中发现并详细分析了明亮红新星2015年（LRN 2015）的事件，确认其为一次具有极高亮度和长期爆发的巨型双星合并事件。该系统经历了两次爆发——首次发生在2014年11月，第二次发生在2015年2月，其绝对目视星等达到−12.75，为迄今记录到的最亮红新星，持续时间超过153天，且爆发幅度（5.6等）为已知红新星中最小。

ABSTRACT

We present the results of the study of the red nova PSN J14021678+5426205 based on the observations carried out with the Russian 6-m telescope (BTA) along with other telescopes of SAO RAS and SAI MSU. To investigate the nova progenitor, we used the data from the Digital Sky Survey and amateur photos available on the internet. In the period between April 1993 and July 2014, the brightness of the progenitor gradually increased by 2.2 mag in the V band. At the peak of the first outburst in mid-November of 2014, the star reached an absolute visual magnitude of -12.75 mag but was discovered later, in February 2015, in a repeated outburst at the absolute magnitude of -11.65 mag. The amplitude of the outburst was minimum among the red novae, only 5.6 mag in the V band. The H alpha emission line and the continuum of a cool supergiant with a gradually decreasing surface temperature were observed in the spectra. Such process is typical for red novae, although the object under study showed extreme parameters: maximum luminosity, maximum outburst duration, minimum outburst amplitude, unusual shape of the light curve. This event is interpreted as a massive OB star system components merging accompanied by the formation of a common envelope and then the expansion of this envelope with minimal energy losses.

研究动机与目标

• 研究2015年2月在M101中发现的明亮红新星PSN J14021678+5426205的性质及其前身体系统。
• 确定其异常光曲线的物理机制，包括两次明显不同的爆发及长期持续时间。
• 通过分析膨胀包层的光谱演化与运动学，推断激波动力学与质量抛射过程。
• 利用档案数据评估该系统爆发前的演化过程，揭示其在事件发生前存在长期增亮现象。
• 在红新星及超新星假体的更广泛背景下对该事件进行分类，尤其关注恒星合并模型的相关性。

提出的方法

• 利用俄罗斯科学院高加索特殊天文台的6米BTA望远镜进行测光与光谱观测，辅以SAO RAS和MSU SAI望远镜的数据。
• 利用数字天空图档及AstroBin和Flickr平台的业余天体摄影档案数据，对爆发前光曲线进行分析。
• 使用维也纳原子谱线数据库（VALD）和NIST原子谱数据库进行光谱分类与谱线轮廓分析，识别Hα、Ba II、Na I及金属线中的P Cygni轮廓特征。
• 通过吸收线的多普勒位移测量吸收层的膨胀速度，获得500–540 km s⁻¹的数值。
• 基于M101的距离估计，推导出绝对星等，结果表明该系统的亮度处于超新星假体的范围内。
• 追踪光谱型与温度从K2 I到M2 I的时序演化，TiO分子带的出现表明系统正在冷却。

实验结果

研究问题

• RQ1 LRN 2015中观测到的双重爆发行为（2014年11月主极大，2015年2月次极大）的成因是什么？
• RQ2 LRN 2015的光谱演化与其它已知红新星相比如何，特别是在温度下降与金属线吸收方面的表现？
• RQ3 此次事件中极低爆发幅度（5.6等）与创纪录持续时间（>153天）的物理起源是什么？
• RQ4 爆发前11年中V波段亮度增加2.2等的现象，在多大程度上支持双星合并假说？
• RQ5 吸收层膨胀速度（500–540 km s⁻¹）与核心合并后激波动力学之间有何关联？

主要发现

• 从1993年4月至2014年7月，前身体系统在V波段亮度增加了2.2等，表明其在爆发前存在长期演化，与双星合并过程一致。
• 2014年11月的首次爆发达到绝对目视星等−12.75，为迄今记录到的最亮红新星，属于最明亮的暂现天体之一。
• 2015年2月的第二次爆发达到绝对星等−11.65，V波段爆发幅度仅为5.6等，为已知红新星中最小。
• 在第二次爆发前，膨胀包层的半径扩大了8倍，光谱型从K2 I演化至M2 I，同时出现TiO分子带，表明系统正在冷却。
• Hα、Ba II和Na I线中存在强烈的P Cygni轮廓，且Fe I、Ti I、Cr I和Mg I的吸收极深，表明存在一个密度高、速度达500–540 km s⁻¹的快速运动吸收层。
• 该事件被解释为一次能量损失极小的巨型双星合并，首次爆发可能源于核心合并后激波在包层中传播所致，第二次爆发则为随后在表面延迟释放的热能所致。