[论文解读] The Carnegie Supernova Project II

M. Stritzinger, F. Taddia+20 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 103被引用 4

一句话总结

本研究报道了在爆炸后两天内发现的Ib型超新星LSQ13abf的早期光学与近红外观测，揭示了明显的早期蓝峰及激波后冷却相。通过结合黑体拟合、Arnett模型拟合以及激波后冷却建模，作者推断出前身星半径为28.0 ± 7.5 R⊙，抛射物质量高达5.94 ± 1.10 M⊙，爆炸能量为1.27 ± 0.23 × 10⁵¹ ergs，表明其为大质量前身星，可能源自初始质量大于25 M⊙的零龄主序星，且具有膨胀的包层。

ABSTRACT

Supernova LSQ13abf was discovered soon after explosion by the La Silla-QUEST Survey and followed by the CSP II at optical and near-IR wavelengths. Our analysis indicates LSQ13abf was discovered within two days of explosion and its first 10 days of evolution reveal a B-band light curve with an abrupt drop in luminosity. Contemporaneously, the V-band light curve exhibits a rise towards a first peak and the r- and i-band light curves show no early peak. The early light-curve evolution of LSQ13abf is reminiscent of the post explosion cooling phase observed in the Type Ib SN 2008D, and the similarity between the two objects extends over weeks. Spectroscopically, LSQ13abf resembles SN 2008D with P Cygni He I features that strengthen over time. Spectral energy distributions are constructed from broad-band photometry, and by fitting black-body (BB) functions a UVOIR light curve is constructed, and the underlying BB-temperature and BB-radius profiles are estimated. Explosion parameters are estimated by simultaneously fitting an Arnett model to the UVOIR light curve and the velocity evolution derived from spectral features, and a post-shock breakout cooling model to the first two epochs of the bolometric evolution. This combined model suggests an explosion energy of 1.3x10$^{51}$ ergs, a relatively high ejecta mass of 5.94 M$_{\odot}$, a Ni mass of 0.16 M$_{\odot}$, and a progenitor-star radius of 28.0 R$_{\odot}$. The ejecta mass suggests the origins of LSQ13abf lie with a >25 M$_{\odot}$ ZAMS progenitor and its radius is three and nine times larger than values estimated from the same analysis applied to observations of SNe 2008D and 1999ex, respectively. Alternatively, comparison of hydrodynamical simulations of >20-25 M$_{\odot}$ ZAMS progenitors that evolve to pre-SN envelope masses around 10 M$_{\odot}$ and extended (~100 R$_{\odot}$) envelopes also match the observations of LSQ13abf.

研究动机与目标

• 利用早期光度与光谱数据约束Ib型超新星LSQ13abf的前身星特性。
• 通过建模早期光变曲线与光谱演化，确定爆炸参数（如抛射物质量、爆炸能量及⁵⁶Ni质量）。
• 利用激波后突破冷却模型研究前身星的半径与结构特性。
• 将LSQ13abf的早期演化与大质量氦星在双星系统中的流体动力学模型进行比较。
• 探讨推断出的前身星半径与抛射物质量对当前大质量恒星演化模型的启示。

提出的方法

• 利用U、B、V、r、i及近红外波段的测光数据构建光谱能量分布，并推导出总辐射光变曲线。
• 对光谱能量分布拟合黑体（BB）函数，以估算抛射物的有效温度与半径演化。
• 采用综合建模方法，应用Arnett模型拟合UVOIR光变曲线与光谱特征的速度演化。
• 将激波后突破冷却模型拟合至总辐射光变曲线的前两个观测时刻，以估算爆炸时前身星的半径。
• 将20–25 M⊙零龄主序前身星的流体动力学模拟结果与观测光变曲线进行比较。
• 通过同时拟合Arnett模型与激波后冷却模型至多波段数据，推导出爆炸参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 LSQ13abf的前身星半径是多少？与其它具有早期冷却观测的Ib型超新星相比如何？
• RQ2 LSQ13abf的爆炸能量、抛射物质量与⁵⁶Ni质量是多少？这些参数对前身星初始质量有何暗示？
• RQ3 LSQ13abf的早期光变曲线（特别是早期蓝峰）与激波突破及激波后冷却的理论模型相比如何？
• RQ4 大质量氦星在双星系统中的流体动力学模型能否重现LSQ13abf的观测早期演化？
• RQ5 为何LSQ13abf表现出比其它研究较充分的Ib型超新星（如SN 2008D与SN 1999ex）更大的前身星半径？

主要发现

• LSQ13abf在爆炸后两天内被发现，捕捉到了初始的激波后突破冷却相。
• B波段光变曲线在前约10天内出现亮度骤降，而V波段则上升至首个峰值，表明其早期演化过程复杂。
• 爆炸时前身星半径为28.0 ± 7.5 R⊙，是相同模型下SN 2008D估计值的三倍。
• 抛射物质量确定为5.94 ± 1.10 M⊙，表明其前身星的零龄主序质量超过25 M⊙。
• 爆炸能量估计为1.27 ± 0.23 × 10⁵¹ ergs，⁵⁶Ni质量为0.16 ± 0.02 M⊙。
• 具有膨胀包层（可达约100 R⊙）的大质量氦星在双星系统中的流体动力学模型，可合理解释观测到的早期光变曲线与前身星半径。