[论文解读] The SNIa Runaway LP 398-9: Detection of Circumstellar Material and Surface Rotation

Vedant Chandra, Hsiang-Chih Hwang+13 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 141被引用 16

一句话总结

本研究通过在逃逸白矮星 LP 398-9 中探测到富含碳的星周物质和 15.4 小时的光变调制，为 Ia 型超新星的双白矮星前身体模型提供了有力证据。星周过剩物质可能由过去的超新星喷射物加热，其表面自转与理论预测一致，符合双爆轰爆炸后幸存的伴星特征，从而加强了该 Ia 型超新星爆发通道的可信度。

ABSTRACT

A promising progenitor scenario for Type Ia supernovae (SNeIa) is the thermonuclear detonation of a white dwarf in a close binary system with another white dwarf. After the primary star explodes, the surviving donor can be spontaneously released as a hypervelocity runaway. One such runaway donor candidate is LP 398-9, whose orbital trajectory traces back $\approx 10^5$ years to a known supernova remnant. Here we report the discovery of carbon-rich circumstellar material around LP 398-9, revealed by a strong infrared excess and analyzed with follow-up spectroscopy. The circumstellar material is most plausibly composed of inflated layers from the star itself, mechanically and radioactively heated by the past companion's supernova. We also detect a 15.4 hr periodic signal in the UV and optical light curves of LP 398-9, which we interpret as surface rotation. The rotation rate is consistent with theoretical predictions from this supernova mechanism, and the brightness variations could originate from surface inhomogeneity deposited by the supernova itself. Our observations strengthen the case for this double-degenerate SNIa progenitor channel, and motivate the search for more runaway SNIa donors.

研究动机与目标

• 通过研究逃逸白矮星 LP 398-9，检验 Ia 型超新星的双白矮星前身体情景。
• 探究 LP 398-9 中观测到的红外超量与光变光变是否为星周物质与表面自转的特征。
• 确定这些特征是否与白矮星伴星在双爆轰超新星中幸存的理论模型一致。
• 加强 D6（动力驱动双白矮星双爆轰）机制作为可行 Ia 型超新星前身体通道的证据。

提出的方法

• 利用来自 GALEX、Sloan、2MASS 和 WISE 的档案测光数据，构建了校正星际消光后的波段光谱能量分布（SED）。
• 分析 ZTF、HiPERCAM 和利物浦望远镜的紫外与光学光变曲线，以检测周期性变化。
• 利用大加那利望远镜（GTC）和哈勃空间望远镜（HST）进行后续光谱观测，识别元素吸收特征。
• 对 SED 进行建模，推断星周尘埃与气体的存在及其性质，将红外超量归因于被加热的物质。
• 利用相位折叠光变曲线识别出 15.4 小时的周期，解释为表面自转调制表面不均匀特征。
• 将观测特性与 D6 情景的理论预测进行比较，包括能量沉积与自转加速。

实验结果

研究问题

• RQ1 LP 398-9 中的红外超量是否与过去超新星加热的星周物质一致？
• RQ2 LP 398-9 中 15.4 小时的光变调制是否代表表面自转，且是否与 D6 前身体模型一致？
• RQ3 星周物质的成分与结构能否由质量损失或超新星喷射物加热解释？
• RQ4 LP 398-9 中观测到的表面不均匀性是否可能源于超新星爆发期间沉积的物质？
• RQ5 星周物质与自转的综合观测结果是否加强了双白矮星 Ia 型超新星前身体通道的可信度？

主要发现

• LP 398-9 在 W1-W2 色指数中表现出显著的红外超量，表明存在大量星周物质，最可能为富含碳的尘埃，由过去超新星喷射物加热所致。
• 星周物质最合理的解释是来自恒星自身的膨胀并被加热的层状物质，其在超新星事件中经历了机械与放射性过程。
• 在紫外与光学光变曲线中检测到 15.4 小时的周期性信号，解释为表面自转调制表面不均匀特征。
• 该自转速率与 D6 情景的理论预测一致，其中伴星因吸积与超新星能量沉积而被加速。
• 观测到的特征——星周物质、表面不均匀性与自转——共同支持 Ia 型超新星的双白矮星前身体模型。
• 该系统的轨迹、距离与运动学特征与已知的超新星遗迹 G70.0-21 一致，强化了其作为过去 Ia 型超新星中逃逸伴星的身份。