[论文解读] Supernovae in 2023 (review): possible breakthroughs by late observations

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 106被引用 4

一句话总结

该篇2023年综述提出，对超新星遗迹（SNRs）的后期观测为大质量恒星超新星（CCSNe）中的抖动喷流爆炸机制（JJEM）以及Ia型超新星（SNe Ia）中的一类“孤独白矮星”（WD）情景提供了突破性证据。三个核心坍缩超新星遗迹（CCSNRs）和SNR G1.9+0.3中表现出的点对称形态，以及SN 1181爆发形成的球对称Pa 30遗迹，强烈支持喷流驱动的爆炸机制和孤立白矮星前身星，挑战了延迟中微子机制的主导地位，并对标准双白矮星或单白矮星模型的普遍性提出质疑。

ABSTRACT

I present a review of how late observations of supernovae, of the nebular phase, and much later of supernova remnants (SNRs), and their analysis in 2023 made progress towards possible breakthroughs in supporting the jittering jets explosion mechanism (JJEM) for core-collapse supernovae (CCSNe) and in introducing the group of lonely white dwarf (WD) scenarios for type Ia supernovae (SNe Ia). The new analyses of CCSN remnants (CCSNRs) reveal point-symmetric morphologies in a way unnoticed before in several CCSNRs. Qualitative comparison to multipolar planetary nebulae that are shaped by jets suggests that jets exploded these CCSNe, as predicted by the JJEM, but incompatible with the prediction of the delayed neutrino explosion mechanism. The spherical morphology of the ejecta Pa 30 of the historical type Iax supernova (SN Iax) of 1181 AD, which studies in 2023 revealed, is mostly compatible with the explosion of a lonely WD. Namely, at the explosion time, there is only a WD, without any close companion, although the WD was formed via a close binary interaction, i.e., binary merger. Identifying point-symmetry in SNR G1.9+0.3, a normal SN Ia and the youngest SN in the Galaxy, suggests an SN explosion of a lonely WD inside a planetary nebula (an SNIP). The group of lonely WD scenarios includes the core degenerate scenario and the double degenerate scenario with a merger to explosion delay (MED) time. SN Ia explosions of lonely WDs are common and might actually account for most (or even all) normal SNe Ia.

研究动机与目标

• 评估对超新星及其遗迹的后期观测，以检验核心坍缩超新星和Ia型超新星的爆炸机制。
• 通过形态学证据挑战延迟中微子爆炸机制的主导地位，支持抖动喷流爆炸机制（JJEM）。
• 确立‘孤独白矮星’情景群——包括核心-白矮星合并与合并后爆炸延迟（MED）的双白矮星模型——作为理解正常及特殊Ia型超新星的核心。
• 主张2023年的观测数据，特别是电离相和遗迹相的数据，支持超越标准单白矮星和双白矮星模型的更广泛前身星情景。

提出的方法

• 分析2023年的高分辨率成像与光谱数据，识别核心坍缩超新星遗迹（CCSNRs）中的点对称形态，其特征为相对于遗迹中心对称的瓣状结构、团块和耳状结构。
• 将观测到的SNR形态与JJEM的理论预测进行比较，该机制将核心坍缩期间及之后的喷流活动与高能磁星及多极结构的形成联系起来。
• 利用电离相观测——特别是SN 1181的Pa 30和G1.9+0.3——推断前身星系统，重点关注球对称性和点对称性作为孤立白矮星的指标。
• 应用形态学分类法，识别出此前未被注意的三个CCSNRs中的点对称性（图1–3所示）以及CTB 1中可能存在的点对称性。
• 整合2023年多份关于SNRs的研究数据，包括钱德拉望远镜、哈勃望远镜和地面望远镜的数据，评估其与JJEM和孤独白矮星模型的一致性。
• 基于缺乏观测支持及与观测到的喷流驱动形态不一致，拒绝延迟中微子机制下预测的“失败超新星”模型。

Figure 1: The CCSNR N63A has a point-symmetric morphology. A Chandra X-ray image of SNR N63A (logarithmic-scale $0.3-7.0{~{}\rm keV}$ ). The green lines and the small-yellow writings are from the original figure of Karagöz et al. ( 2023 ) . The red-solid lines, the dashed-blue lines, and the red and

实验结果

研究问题

• RQ1 核心坍缩超新星遗迹中是否存在点对称形态，可为抖动喷流爆炸机制（JJEM）提供证据，从而取代延迟中微子机制？
• RQ2 Pa 30（SN 1181的遗迹）的球对称形态能否由一颗无近距离伴星的孤独白矮星爆炸解释？
• RQ3 SNR G1.9+0.3中的点对称结构是否支持Ia型超新星发生在行星状星云内部（SNIP）的场景，从而支持孤独白矮星前身星？
• RQ4 2023年Ia型超新星的电离相观测在多大程度上限制了标准单白矮星和双白矮星模型的有效性，而支持孤独白矮星情景？
• RQ5 对超新星和遗迹的后期观测在多大程度上挑战了长期以来认为仅两种前身星情景（SD与DD）可解释Ia型超新星多样性的假设？

主要发现

• 三个核心坍缩超新星遗迹（CCSNRs）表现出此前未被注意的点对称形态，具有对称的瓣状结构和耳状特征，强烈支持抖动喷流爆炸机制（JJEM）。
• SN 1181年历史爆发的电离相遗迹Pa 30呈现出大尺度球对称形态，最符合孤独白矮星爆炸的解释，尽管该白矮星此前是通过双星合并形成的。
• SNR G1.9+0.3——银河系中最年轻的Ia型超新星——的点对称形态为Ia型超新星发生在行星状星云内部（SNIP）提供了迄今为止最强的证据，支持孤独白矮星情景。
• 在三个CCSNRs中识别出点对称性，以及Pa 30的球对称性，共同挑战了延迟中微子爆炸机制，该机制预测“失败超新星”且缺乏此类形态特征。
• 该综述认为，‘孤独白矮星’情景群——包括核心-白矮星合并与合并后爆炸延迟（MED）的双白矮星模型——可能解释了绝大多数甚至全部正常Ia型超新星，从而挑战了标准SD与DD模型的主导地位。
• 2023年的观测数据表明，需要四至五个前身星情景才能解释正常及特殊Ia型超新星的多样性，呼吁摒弃对SD与DD模型的唯一关注。

Figure 2: The point-symmetric morphology of the Vela SNR, as identified by Soker ( 2023d ) . The ROSAT X-ray image is from Aschenbach et al. ( 1995 ) , and the figure is adapted from figure 1 of Sapienza et al. ( 2021 ) . Clumps A to F were identified by Aschenbach et al. 1995 . The white AG-line an