[论文解读] SN 2020udy: a SN Iax with strict limits on interaction consistent with a helium-star companion

K. Maguire, M. Magee+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本研究报道了SN 2020udy，这是一颗在爆炸后7小时内被发现的近距Iax型超新星，具有极高精度的早期光变曲线和多波段测光数据。该研究在所有视角下均排除了质量为2和6 M⊙的主序星伴星，而强烈支持在狭窄角度窗口（140–180°）内存在一颗氦星伴星，与一颗近钱德拉塞卡质量的CO白矮星发生不完全爆燃且相互作用特征微弱的模型一致。

ABSTRACT

Early observations of transient explosions can provide vital clues to their progenitor origins. In this paper we present the nearby Type Iax (02cx-like) supernova (SN), SN 2020udy that was discovered within hours ($\sim$7 hr) of estimated first light. An extensive dataset of ultra-violet, optical, and near-infrared observations was obtained, covering out to $\sim$150 d after explosion. SN 2020udy peaked at -17.86$\pm$0.43 mag in the r band and evolved similarly to other 'luminous' SNe Iax, such as SNe 2005hk and 2012Z. Its well-sampled early light curve allows strict limits on companion interaction to be placed. Main-sequence companion stars with masses of 2 and 6 M$_\odot$ are ruled out at all viewing angles, while a helium-star companion is allowed from a narrow range of angles (140-180$^\circ$ away from the companion). The spectra and light curves of SN2020udy are in good agreement with those of the 'N5def' deflagration model of a near Chandrasekhar-mass carbon-oxygen white dwarf. However, as has been seen in previous studies of similar luminosity events, SN 2020udy evolves slower than the model. Broad-band linear polarisation measurements taken at and after peak are consistent with no polarisation, in agreement with the predictions of the companion-star configuration from the early light curve measurements. The host galaxy environment is low metallicity and is consistent with a young stellar population. Overall, we find the most plausible explosion scenario to be the incomplete disruption of a CO white dwarf near the Chandrasekhar-mass limit, with a helium-star companion.

研究动机与目标

• 利用早期观测约束SN 2020udy前身星系统的性质。
• 检验伴星相互作用特征是否可在Iax型超新星的光变曲线和光谱中被探测到。
• 确定观测到的测光和偏振数据是否与氦星伴星情景一致。
• 在光变曲线和光谱演化的基础上，评估“N5def”爆燃模型在SN 2020udy中的适用性。
• 评估宿主星系环境及其对前身星年龄和金属丰度的影响。

提出的方法

• 从紫外到近红外波段获取了覆盖爆炸后前150天的超高精度多波段测光数据。
• 开展高时间采样率的光谱观测，以追踪光谱演化并识别可能来自伴星相互作用的发射特征。
• 在光变曲线峰值时及之后进行全波段线性偏振测量，以探测非球对称几何结构并限制视线方向。
• 使用近钱德拉塞卡质量CO白矮星的“N5def”爆燃模型，与观测到的光变曲线和光谱进行比较。
• 通过建模伴星物质剥离和激波加热引起的光变曲线畸变，对相互作用施加严格限制。
• 分析爆炸前的成像和晚期数据，以评估伴星的存在及其存活状况。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于早期光变曲线建模，SN 2020udy中伴星质量与视线方向的约束条件是什么？
• RQ2 伴星相互作用特征在紫外、光学和近红外光变曲线中可被探测到的程度如何？
• RQ3 “N5def”爆燃模型在多大程度上能重现SN 2020udy的观测光变曲线和光谱演化？
• RQ4 观测到的线性偏振是否与对称爆炸一致，或是否支持由伴星引起的非对称几何结构？
• RQ5 宿主星系环境及恒星群体年龄对前身星系统演化历史有何启示？

主要发现

• SN 2020udy在首次发光后7小时内被发现，使迄今对相互作用的早期约束达到最严格水平。
• 由于激波加热和物质剥离导致的光变曲线畸变预期，质量为2和6 M⊙的主序星伴星在所有视线方向下均被排除。
• 仅当视线方向位于伴星方向140°至180°之间时，氦星伴星才与观测一致，表明存在高度非对称的视线几何结构。
• SN 2020udy的光变曲线和光谱与近钱德拉塞卡质量CO白矮星的“N5def”爆燃模型高度吻合。
• 在峰值时及之后的全波段线性偏振测量未显示显著偏振，支持对称爆炸，并与伴星配置一致。
• 宿主星系金属丰度较低，且含有年轻恒星群体，与前身星系统可能的年轻状态及其演化 timescale 一致。