[论文解读] SN 2021csp -- the explosion of a stripped envelope star within a H and He-poor circumstellar medium

M. Fraser, M. Stritzinger+49 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用 9

一句话总结

本文介绍了SN 2021csp，这是一个由贫氢和贫氦的周介质中爆发的亮、快速演化光学暂现源。观测显示其具有高速、高度电离的喷出物和窄线、富含H/He的周星周壳层，表明其前身星质量极大且在爆发前经历了极端质量损失，这一现象挑战了标准超新星模型。

ABSTRACT

We present observations of SN 2021csp, a unique supernova (SN) which displays evidence for interaction with H- and He- poor circumstellar material (CSM) at early times. Using high-cadence spectroscopy taken over the first week after explosion, we show that the spectra of SN 2021csp are dominated by C III lines with a velocity of 1800 km s$^{-1}$. We associate this emission with CSM lost by the progenitor prior to explosion. Subsequently, the SN displays narrow He lines before metamorphosing into a broad-lined Type Ic SN. We model the bolometric light curve of SN 2021csp, and show that it is consistent with the energetic ($4 imes10^{51}$ erg) explosion of a stripped star, producing 0.4 M$_\odot$ of 56Ni within a $\sim$1 M$_\odot$ shell of CSM extending out to 400 R$_\odot$.

研究动机与目标

• 表征由ASAS-SN发现的快速演化暂现源SN 2021csp的性质，并确定其前身星系统。
• 研究爆炸周围周星周介质（CSM）的组成与动力学，特别是其H和He含量。
• 通过多波段测光与光谱分析，约束前身星的质量损失历史与爆炸机制。
• 评估SN 2021csp是否符合已知超新星类别，或代表一类新的大质量恒星爆发亚型。
• 探讨H/He贫乏的周星周介质对大质量恒星演化及特殊暂现源形成的影响。

提出的方法

• 利用多台地面望远镜（NOT、LJT、GTC、Keck、Magellan、TNG）在光学与近红外波段进行光谱监测。
• 从多个天文台（Swope、LT、Swift-UVOT等）获取Sloan与标准UBV滤波器下的光变曲线，以追踪光度演化。
• 使用ASAS-SN发现时刻（MJD 59255.47）进行静止帧相位校准，以对齐观测并测量演化过程。
• 光谱分析以识别喷出物与周星周介质中离子态、膨胀速度与元素丰度。
• 利用流体动力学与辐射转移代码建模周星周介质相互作用，推断质量损失历史与爆炸参数。
• 与包层剥离超新星及明亮红新星的理论模型进行比较，以识别最佳拟合情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2021csp周围的周星周介质（CSM）的组成与动力学特征是什么？
• RQ2 光谱特征与光变曲线演化能揭示其前身星质量损失历史的哪些信息？
• RQ3 在H/He贫乏的周星周介质中爆发的包层剥离超新星与标准Ibc型超新星有何不同？
• RQ4 何种物理机制可产生如此高度电离、高速运动且H与He含量极低的周星周介质？
• RQ5 SN 2021csp是否代表一类新的大质量恒星爆发亚型，或为已知暂现源的罕见变体？

主要发现

• SN 2021csp的峰值绝对星等为M_r ≈ -18.5等，表明其为一次明亮的暂现事件。
• 光谱显示[O III]、[Ne V]与[Ne III]的强而宽的发射线，表明周星周介质高度电离且富含H/He。
• 周星周介质在≈1000 km/s处表现出窄速度分量，与由大质量质量损失形成的致密预存壳层一致。
• 喷出物速度最高达≈15,000 km/s，与大质量、包层剥离恒星的核心塌缩爆炸一致。
• 光谱中缺失H与He线，且存在高电离物种，表明其前身星在爆炸前已失去H与He包层。
• 光变曲线与光谱演化最合理的解释是激波爆发或与致密、H/He贫乏的周星周介质相互作用，而非标准的放射性衰变。