[论文解读] Signatures of Bi-Modality in Nebular Phase Type Ia Supernova Spectra: Indications of White Dwarf Collision Progenitors

P. Vallely, M. A. Tucker+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 2

一句话总结

本研究在47例Ia型超新星中的8例星云相光谱中识别出双峰速度分布，为白矮星-白矮星碰撞作为前身机制提供了观测证据。双峰特征表现为双峰线或平顶线，其与更暗的峰值星等（平均暗0.4等）相关，与近乎正面对撞的理论模型及视角依赖的$^{56}$Ni产量一致。

ABSTRACT

One observational prediction for Type Ia supernova (SNe Ia) explosions produced through white dwarf-white dwarf collisions is the presence of bimodal velocity distributions for the $^{56}$Ni decay products. These bimodal velocity distributions can manifest as double-peaked or flat-topped spectral features in late-time spectroscopic observations for favorable viewing angles. We present nebular phase spectroscopic observations of 17 SNe Ia obtained with the Large Binocular Telescope (LBT). Combining these observations with an extensive search of publicly available archival data, we collect a total sample of 47 SNe Ia and classify them based on whether they show compelling evidence for bimodal velocity profiles. We identify 8 bimodal SNe in our sample, and we find that these SNe have average peak $M_V$ about 0.4 mag fainter than those which do not. This is consistent with theoretical predictions for explosions created by nearly head-on collisions of white dwarfs due to viewing angle effects and $^{56}$Ni yields.

研究动机与目标

• 检验白矮星-白矮星碰撞会产生$^{56}$Ni衰变产物中双峰速度分布的观测预测。
• 识别并分类在星云相光谱中表现出有力双峰速度轮廓证据的Ia型超新星。
• 研究双峰Ia型超新星与非双峰Ia型超新星相比，在峰值光度上是否存在系统性差异。
• 评估观测到的光度差异是否与碰撞引发的Ia型超新星理论预测一致。
• 评估视角和$^{56}$Ni产量在塑造碰撞产生Ia型超新星的光谱与光度特性中的作用。

提出的方法

• 利用大型双子望远镜（LBT）获取17例Ia型超新星的星云相光谱数据。
• 遍历公开档案数据库，将样本扩展至47例Ia型超新星以进行综合分析。
• 基于光谱轮廓的视觉检查，对每例Ia型超新星进行分类，识别出表现为双峰或平顶特征的双峰速度分布。
• 比较双峰与非双峰Ia型超新星的峰值绝对星等（$M_V$），以评估光度差异。
• 评估观测到的光度偏移与近乎正面对撞白矮星碰撞理论模型的一致性。
• 利用视角依赖的$^{56}$Ni产量预测，解释观测到的0.4等星等偏移。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在Ia型超新星在其星云相光谱中表现出双峰速度轮廓，如白矮星-白矮星碰撞前身机制所预测的那样？
• RQ2 具有双峰速度轮廓的Ia型超新星光度峰值与不具此类特征的Ia型超新星相比如何？
• RQ3 双峰与非双峰Ia型超新星之间的观测星等差异是否与碰撞引发爆炸的理论模型一致？
• RQ4 视角效应和$^{56}$Ni产量在多大程度上影响碰撞产生Ia型超新星的观测光谱与光度特性？
• RQ5 双峰速度轮廓能否作为白矮星碰撞前身通道的独特观测特征？

主要发现

• 在47例样本中，有8例Ia型超新星在星云相光谱中表现出有力的双峰速度轮廓证据。
• 双峰Ia型超新星的平均峰值绝对星等（$M_V$）比非双峰Ia型超新星暗0.4等。
• 该星等偏移与近乎正面对撞白矮星碰撞的理论预测一致，其中视角影响观测到的$^{56}$Ni产量。
• 双峰线或平顶光谱特征的存在，支持$^{56}$Ni衰变产物中双峰速度分布的存在。
• 双峰轮廓与更暗星等之间的相关性，加强了白矮星碰撞作为可行Ia型超新星前身机制的证据。
• 结果为白矮星碰撞模型的关键预测提供了观测验证，增强了其在多种前身情景中的可信度。