[论文解读] The type Iax supernova, SN 2015H: a white dwarf deflagration candidate

M. Magee, R. Kotak+23 more|ePrints Soton (University of Southampton)|Mar 15, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 63被引用 26

一句话总结

本研究对 Iax 型超新星 SN 2015H 展开了一项全面的观测活动，始于爆炸后一天，发现其为一次弱白矮星爆燃事件，喷出物质量 ≲0.6 M⊙，56Ni 质量为 0.07 M⊙。钱德拉塞卡质量白矮星爆燃的合成模型与观测数据最为吻合，表明爆炸不完全且存在束缚残骸，支持 Iax 型超新星作为一类次最大亮度热核爆炸的独立类别，其特征为燃烧不完全。

ABSTRACT

We present results based on observations of SN 2015H which belongs to the small group of objects similar to SN 2002cx, otherwise known as type Iax supernovae. The availability of deep pre-explosion imaging allowed us to place tight constraints on the explosion epoch. Our observational campaign began approximately one day post-explosion, and extended over a period of about 150 days post maximum light, making it one of the best observed objects of this class to date. We find a peak magnitude of M$_r$ = -17.27 $\pm$ 0.07, and a ($Δm_{15})_r$ = 0.69 $\pm$ 0.04. Comparing our observations to synthetic spectra generated from simulations of deflagrations of Chandrasekhar mass carbon-oxygen white dwarfs, we find reasonable agreement with models of weak deflagrations that result in the ejection of ~0.2 M$_{\odot}$ of material containing ~0.07 M$_{\odot}$ of 56Ni. The model light curve however, evolves more rapidly than observations, suggesting that a higher ejecta mass is to be favoured. Nevertheless, empirical modelling of the pseudo-bolometric light curve suggests that $\lesssim$0.6 M_sun of material was ejected, implying that the white dwarf is not completely disrupted, and that a bound remnant is a likely outcome.

研究动机与目标

• 利用早期且深度的多波段观测，表征 SN 2015H 这一罕见 Iax 型超新星的爆炸特性。
• 通过将光曲线和光谱与流体动力学模拟进行比较，约束前身白矮星的质量和爆炸能量。
• 确定 SN 2015H 是否源于钱德拉塞卡质量碳氧白矮星的弱爆燃，如其他 Iax 型超新星所提出的那样。
• 通过经验光曲线建模检验假设：Iax 型超新星是具有束缚残骸的不完全热核爆炸。
• 通过研究一次观测充分、早期亮度上升的 Iax 型超新星事件，增进对次最大亮度 Ia 型超新星爆炸机制和前身星系统的理解。

提出的方法

• 利用利物浦望远镜、LCOGT 1 米网络及其他设施，开展爆炸后约 1 天开始的多 epoch 光学与红外测光观测活动。
• 利用 EFOSC2、SOFI 和 OSIRIS 等仪器在不同望远镜上获取高时间分辨率光谱，追踪光谱演化与离子化状态。
• 通过改变喷出物质量和 56Ni 产量，对白矮星爆燃进行流体动力学模拟，生成合成光谱与光曲线。
• 对伪总光度光曲线进行经验建模，以估算总辐射能量与喷出物质量。
• 利用深度的爆炸前成像，严格约束爆炸时刻并改善光曲线校准。
• 应用 Δm15 参数量化光曲线衰减速率，并与标准 Ia 型超新星及 Iax 型模板进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 SN 2015H 的爆炸时刻与峰值亮度为何？其与其它 Iax 型超新星相比如何？
• RQ2 白矮星爆燃模型生成的合成光谱能否重现 SN 2015H 的观测光学与近红外测光与光谱？
• RQ3 SN 2015H 的总喷出物质量与 56Ni 质量为何？该结果是否支持不完全破坏的弱爆燃情景？
• RQ4 SN 2015H 的伪总光度光曲线是否表明存在束缚残骸，如次最大亮度、不完全爆炸所预期的那样？
• RQ5 SN 2015H 的观测膨胀速度与光谱特征与正常 Ia 型超新星及其他 Iax 型超新星相比有何异同？

主要发现

• SN 2015H 在 r 波段达到峰值视星等 Mr = -17.27 ± 0.07，属于较明亮的 Iax 型超新星之一。
• 光曲线衰减速率（Δm15）r 为 0.69 ± 0.04，表明其衰减较慢，与其它 Iax 型超新星一致。
• 钱德拉塞卡质量碳氧白矮星弱爆燃的合成模型，喷出物质量约 0.2 M⊙，56Ni 质量约 0.07 M⊙，与观测测光与光谱具有合理一致性。
• 尽管光谱特征匹配良好，但模型光曲线的演化速度比观测值过快，表明需要更高的喷出物质量。
• 对伪总光度光曲线的经验建模表明，喷出物质量 ≤0.6 M⊙，支持不完全破坏与束缚残骸的场景。
• 晚期阶段强铁峰元素的允许谱线与低膨胀速度的共存，证实 SN 2015H 为典型的 Iax 型超新星，具有高密度喷出物。