[论文解读] Mysterious transients unmasked as the bright blue death throes of massive stars

R. Quimby, S. R. Kulkarni+25 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本文识别出一类新的明亮超新星（SNe），其能量来源并非放射性衰变或激波加热，而是由大质量、不含氢的恒星发生爆炸解体所驱动。这些事件表现出极强的紫外亮度、高速喷射物（~10^4 km s^-1），以及在约10^15 cm半径处持续存在的物质辐射，使其可在红移 z > 4 时被探测到，为早期星系环境提供了探测手段。

ABSTRACT

Supernovae (SNe) are stellar explosions driven by gravitational or thermonuclear energy, observed as electromagnetic radiation emitted over weeks or more. In all known SNe, this radiation comes from internal energy deposited in the outflowing ejecta by either radioactive decay of freshly-synthesized elements (typically 56Ni), stored heat deposited by the explosion shock in the envelope of a supergiant star, or interaction between the SN debris and slowly-moving, hydrogen-rich circumstellar material. Here we report on a new class of luminous SNe whose observed properties cannot be explained by any of these known processes. These include four new SNe we have discovered, and two previously unexplained events (SN 2005ap; SCP 06F6) that we can now identify as members. These SNe are all ~10 times brighter than SNe Ia, do not show any trace of hydrogen, emit significant ultra-violet (UV) flux for extended periods of time, and have late-time decay rates which are inconsistent with radioactivity. Our data require that the observed radiation is emitted by hydrogen-free material distributed over a large radius (~10^15 cm) and expanding at high velocities (>10^4 km s^-1). These long-lived, UV-luminous events can be observed out to redshifts z>4 and offer an excellent opportunity to study star formation in, and the interstellar medium of, primitive distant galaxies.

研究动机与目标

• 解释无法用已知超新星光致电能来源解释的明亮、不含氢暂现源的起源。
• 阐明此前无法解释的事件（如 SN 2005ap 和 SCP 06F6）的本质。
• 识别核心坍缩超新星中持续紫外辐射的新型物理机制。
• 评估这些事件作为高红移恒星形成与星际介质条件探测工具的潜力。

提出的方法

• 分析四例新发现的明亮超新星及两例此前神秘事件（SN 2005ap、SCP 06F6）的多 epoch 光度与光谱数据。
• 将观测到的光变曲线与光谱能量分布与放射性衰变、激波加热及周围星周物质相互作用的模型进行比较。
• 利用径向速度位移与光变曲线衰减速率，对喷射物结构与膨胀速度进行建模。
• 根据观测到的膨胀速度与光度演化，估算喷射物半径与质量。
• 利用紫外通量测量约束辐射物质的温度与能量输出。
• 通过将光变曲线演化外推至 z > 4，评估其在高红移下的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么物理机制驱动了这些明亮、不含氢暂现源中持续的紫外辐射？
• RQ2 为何这些超新星的衰减速率与 56Ni 放射性衰变不一致？
• RQ3 此前无法解释的事件（如 SN 2005ap 与 SCP 06F6）能否统一于同一类前身星模型之下？
• RQ4 这些事件在高红移（z > 4）下可被观测到的程度如何，能否作为早期星系的探测工具？
• RQ5 为解释观测到的光度与持续时间，喷射物需具备何种特性（半径、速度、质量）？

主要发现

• 这些超新星的观测光度与紫外通量无法用 56Ni 放射性衰变或大质量包层中的激波加热来解释。
• 这些事件需要一个大半径、不含氢的喷射物（~10^15 cm），其膨胀速度超过 10^4 km s^-1。
• 晚期光变曲线的衰减行为与 56Ni 衰变不一致，排除了标准放射性能量源的可能性。
• 这些超新星的亮度约为 SNe Ia 的十倍，且长时间保持紫外明亮，表明存在一种新型能量来源。
• 这些事件可探测至红移 z > 4，使其成为探测早期星系恒星形成潜力的可行工具。
• SN 2005ap 与 SCP 06F6 现已被确认为该新类别的成员，解决了此前的观测谜团。