[论文解读] Photometric observations and preliminary modeling of type IIb supernova 2011dh

D. Yu. Tsvetkov, I. M. Volkov+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 4

一句话总结

本研究对IIb型超新星SN 2011dh进行了长达300天的广泛UBVRI测光观测，并利用13 M⊙原行星体模型在STELLA代码中进行了初步建模。尽管模型再现了光曲线的关键特征，但其对初始闪光亮度的预测偏低，持续时间则偏长，表明需对原行星体参数或爆炸动力学进行优化，方能与观测结果更好吻合。

ABSTRACT

CCD UBVRI photometry is presented for type IIb SN 2011dh for about 300 days. The main photometric parameters are derived and the comparison with SNe of similar types is reported. The light curves are similar to those for SN IIb 2008ax, but the initial flash is stronger and very short, and there are humps on the light curves in U and B at the onset of linear decline. Preliminary modeling is carried out, and the results are compared to the quasi-bolometric light curve and to the light curves in UBVRI bands.

研究动机与目标

• 获取并分析SN 2011dh在爆发后约300天内的高时间分辨率UBVRI测光光曲线。
• 将SN 2011dh的测光行为与其它IIb型超新星（特别是SN 1993J和SN 2008ax）进行比较，以评估光曲线与颜色演化方面的多样性。
• 利用STELLA代码对准总光度和UBVRI光曲线进行建模，采用13 M⊙原行星体模型以约束爆炸参数。
• 评估爆炸能量、抛射物质质量及半径变化对合成光曲线的影响，并评估模型与观测的一致性。

提出的方法

• 使用六座天文台的多台望远镜（C19、S15、S60、C60、M70、K60、K100a）在2011年6月至2012年4月期间获取CCD UBVRI测光数据。
• 采用图像相减法与PSF拟合测光法，利用IRAF进行处理，并以Pastorello等人（2009）提供的标准星进行定标。
• 通过积分UBVRI波段的通量构建准总光度光曲线，利用颜色曲线插值填补缺失数据。
• 采用STELLA代码进行时间依赖、多组分非平衡辐射转移计算，耦合隐式流体动力学。
• 测试了Woosley等人（1994）提出的13 M⊙原行星体模型（Model 13C）的六种变体，固定⁵⁶Ni质量为0.07 M⊙，但改变半径、质量与爆炸能量。
• 将模型生成的合成光曲线与实测的UBVRI及准总光度光曲线进行对比，以评估模型性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2011dh的光曲线与颜色演化特征与SN 1993J和SN 2008ax等其他IIb型超新星相比如何？
• RQ2 SN 2011dh的关键测光特征是什么，特别是其强烈而短暂的初始闪光，以及U波段与B波段后续的隆起现象？
• RQ3 通过调整爆炸参数的13 M⊙原行星体模型在多大程度上能再现SN 2011dh的实测准总光度与UBVRI光曲线？
• RQ4 为何合成光曲线在亮度与持续时间上均无法匹配观测到的初始闪光？何种模型调整可改善拟合效果？
• RQ5 观测到的光曲线与颜色演化对SN 2011dh的原行星体半径、爆炸能量与抛射物质质量有何约束？

主要发现

• SN 2011dh在U波段与B波段表现出一次强烈而极短的初始闪光，V波段峰值星等约为13.5等（JD 2455712.9，第0天），随后呈现线性衰减，并在U与B波段出现隆起。
• 准总光度光曲线在约13.0等处出现主峰，V波段绝对星等峰值为-17.16等，表明SN 2011dh的亮度与SN 2002ap（Ic型）相当，且比SN 1996cb（IIb型）更明亮。
• 颜色演化显示在K点前快速红化，之后变蓝；与SN 1993J和SN 2008ax相比，SN 2011dh在B-V与V-R颜色上显著更红，但U-B与R-I颜色与SN 2008ax最为接近。
• 模型3（R=300 R⊙，M=2.24 M⊙，E=2.0×10⁵¹ erg）与模型6（R=300 R⊙，M=4.24 M⊙，E=2.0×10⁵¹ erg）最能再现V波段与R波段的主峰，但无法匹配短暂而明亮的初始闪光。
• 减小原行星体半径可缩短闪光持续时间，但会降低其峰值亮度；而增加爆炸能量（如模型5）则使早期阶段的拟合更差。
• 总体而言，模型能较好再现光曲线的总体形状与晚期演化特征，但在初始闪光阶段存在系统性偏差，表明当前原行星体模型假设或输入参数存在局限。