[论文解读] Type Iax supernovae from deflagrations in Chandrasekhar mass white dwarfs

F. Lach, F. P. Callan+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 150被引用 36

一句话总结

本研究通过在钱德拉塞卡质量碳氧白矮星中进行单点爆燃的三维流体动力学模拟，研究了Iax型超新星，变化点火位置、中心密度、金属丰度、成分和自转。结果表明，尽管模型能够再现较亮和中等亮度Iax事件的亮度范围，但无法自然解释最暗淡的成员，暗示需要额外机制或56Ni富集束缚残余物的影响，才能完整解释该现象。

ABSTRACT

Due to the increasing number of observations Type Ia supernovae are nowadays regarded as a heterogeneous class of objects consisting of several subclasses. One of the largest of these is the class of Type Iax supernovae (SNe Iax) which have been suggested to originate from pure deflagrations in CO Chandrasekhar-mass white dwarfs (WDs). Although a few deflagration studies have been carried out, the full diversity of the class is not captured yet. We therefore present a parameter study of single-spot ignited deflagrations with varying ignition locations, central densities, metallicities and compositions. We also explore a rigidly rotating progenitor and carry out 3D hydrodynamic simulations, nuclear network calculations and radiative transfer. The new models extend the range in brightness covered by previous studies to the lower end. Our explosions produce $^{56}$Ni masses from $5.8 imes 10^{-3}$ to $9.2 imes 10^{-2}\,M_\odot$. In spite of the wide exploration of the parameter space the main characteristics of the models are primarily driven by the mass of $^{56}$Ni. Secondary parameters have too little impact to explain the observed trend among faint SNe~Iax. We report kick velocities of the bound explosion remnants from $6.9$ to $369.8\,$km$\,s^{-1}$. The wide exploration of the parameter space and viewing-angle effects in the radiative transfer lead to a significant spread in the synthetic observables. The trends towards the faint end of the class are, however, not reproduced. This motivates a quantification of the systematic uncertainties in the modeling procedure and the influence of the $^{56}$Ni-rich bound remnant. While the pure deflagration scenario remains a favorable explanation for bright and intermediate luminosity SNe~Iax, the possibility that SNe~Iax do not consist of a single explosion scenario needs to be considered.

研究动机与目标

• 探索钱德拉塞卡质量白矮星中单点爆燃的参数空间，以理解Iax型超新星的多样性。
• 研究爆燃模型是否能够再现Iax事件的完整光度范围，特别是最暗淡的部分。
• 评估初始条件（点火位置、中心密度、金属丰度、成分和自转）对合成观测量的影响。
• 量化模型预测与观测之间的差异，特别是针对暗淡Iax超新星。
• 评估56Ni富集束缚残余物在塑造光变曲线和光谱，特别是在暗淡爆发中的潜在作用。

提出的方法

• 使用LEAFS代码进行三维流体动力学模拟，以模拟碳氧白矮星中的爆燃点火。
• 利用YANN代码进行核合成计算，以确定56Ni产量和元素丰度。
• 使用ARTIS辐射转移代码生成合成光变曲线和光谱，以与观测结果对比。
• 系统性地改变点火位置、中心密度、金属丰度、成分，并引入刚性自转以探索参数空间。
• 考虑视线方向的影响，以评估不同观测角度带来的观测多样性。
• 将结果与观测到的Iax型超新星光变曲线、星等和光谱特征进行对比，以识别模型与观测之间的不匹配之处。

实验结果

研究问题

• RQ1 单点爆燃在钱德拉塞卡质量白矮星中能否再现Iax型超新星观测到的完整亮度范围，特别是最暗淡的成员？
• RQ2 点火位置、中心密度、金属丰度、成分和自转的变化如何影响产生的56Ni质量及合成观测量？
• RQ3 56Ni富集束缚残余物在暗淡Iax型超新星光变曲线和光谱中起多大作用？
• RQ4 为何当前的爆燃模型无法再现Iax型超新星光度序列中暗淡部分的观测趋势？
• RQ5 辐射转移和核反应网络建模中的系统性不确定因素在模型与观测之间差异中起何种作用？

主要发现

• 模型产生的56Ni质量范围为5.8 × 10⁻³至9.2 × 10⁻² M⊙，将先前研究覆盖的亮度范围扩展至暗淡端。
• 尽管参数空间广泛，主要观测趋势仍主要由56Ni质量主导，形成一维序列。
• 束缚残余物的反冲速度在6.9至369.8 km s⁻¹之间，其大小和方向取决于爆燃强度。
• 模型无法再现Iax类型中暗淡部分的观测趋势，表明纯爆燃模型在最暗淡事件中存在局限性。
• 在暗淡模型中，束缚残余物中的56Ni质量显著高于喷射物中——例如，在模型r114_d6.0_Z中高出5倍——表明其对光变曲线和光谱可能有重要贡献。
• 模型与观测之间在光谱演化和长期光变曲线方面存在的系统性差异，可能通过引入束缚残余物中燃烧物质的影响得到解决，尽管其影响尚不确定，但对暗淡事件可能至关重要。