[论文解读] VLT Spectropolarimetry Of The Type Ia SN 2005ke A Step Towards Understanding Subluminous Events

F. Patat, Peter Höflich+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 96被引用 27

一句话总结

本研究对次最大光度型Ia型超新星SN 2005ke在三个历元进行了VLT光谱偏振测量，揭示了强烈的、随波长红移而增加的连续谱偏振（最高达0.7%），且连续谱与Si II λ6355线均表现出主导的对称轴。数据最符合延迟爆轰爆炸模型，具有约15%的全局非对称性，与快速旋转的单简并白矮星或双简并合并一致，与核心正常型Ia型超新星不同。

ABSTRACT

We performed optical spectropolarimetric observations of the subluminous Type Ia SN2005ke at 3 epochs (days -8, -7, and +76). The explosion properties are derived by comparing the data to explosion and radiation transfer models. The SN shows polarimetric properties that are very similar to the only other subluminous event for which spectropolarimetry is available, i.e. SN1999by. The data present a very marked dominant axis, which is shared by both the continuum and lines such as SiII 6355, suggesting that the relatively large, global asymmetry is common to the photosphere and the line-forming region. The maximum polarization degree observed in the SiII 6355 absorption reaches 0.39+/-0.08%. At variance with what is seen in core-normal Type Ia, SN2005ke displays significant continuum polarization, which grows from the blue to the red and peaks at about 7000 A, reaching ~0.7%. The properties of the polarization and flux spectra can be understood within the framework of a subluminous delayed-detonation (DD), or pulsating DD scenario, or WD mergers. The difference in appearance with respect to core-normal SNe Ia is caused by low photospheric temperatures in combination with layers of unburned C, and more massive layers of the products of explosive C and O burning. The comparatively high level of continuum polarization is explained in terms of a significant global asymmetry (~15%), which is well reproduced by an oblate ellipsoidal geometry. Our results suggest that SN2005ke arose either from a single-degenerate system in which the WD is especially rapidly rotating, close to the break-up velocity, or from a double-degenerate merger. Based on the current polarization data, we cannot distinguish between these two possibilities.

研究动机与目标

• 通过光谱偏振测量研究次最大光度型Ia型超新星的爆炸几何结构，重点研究SN 2005ke。
• 确定次最大光度型SNe Ia与核心正常型SNe Ia相比是否表现出独特的偏振特性。
• 基于偏振与流量光谱，约束前身星场景（单简并或双简并）。
• 检验观测到的偏振是否可由具有非球形几何结构的流体动力学辐射转移模型解释。
• 探讨未燃烧碳和大质量爆炸燃烧层在塑造偏振与光谱特征中的作用。

提出的方法

• 在B波段最大亮度前−8.6、−7.6和+76天三个历元获取了SN 2005ke的光学光谱偏振观测。
• 使用VLT上的FORS1仪器，配合沃拉斯顿棱镜和四分之一波片，测量3300–8600 Å波段内的斯托克斯参数（Q和U）。
• 执行标准数据还原，包括偏置、平场校准和波长校准，均方根误差约为0.7 Å。
• 利用宿主星系退行速度（1463 km s⁻¹）将光谱校正至静止系。
• 将观测到的流量与偏振光谱与非球形几何结构（特别是扁球体）中的辐射转移模型进行比较。
• 采用次最大光度延迟爆轰（DD）或脉动DD情景对爆炸进行建模，包含未燃烧碳和大量C/O燃烧产物层。

实验结果

研究问题

• RQ1 像SN 2005ke这样的次最大光度型Ia型超新星与核心正常型SNe Ia相比，是否表现出独特的偏振特征？
• RQ2 SN 2005ke中观测到的强、随波长红移而增加的连续谱偏振的起源是什么？
• RQ3 观测到的偏振与流量光谱能否由延迟爆轰或白矮星合并情景等非球形爆炸模型再现？
• RQ4 低光球层温度和未燃烧碳层如何影响次最大光度型SNe Ia的偏振特性？
• RQ5 SN 2005ke中观测到的全局非对称性（约15%）是否与快速旋转的单简并白矮星或双简并合并一致？

主要发现

• SN 2005ke表现出由连续谱与Si II λ6355吸收线共同主导的偏振轴，表明爆炸几何结构具有全局非对称性。
• Si II λ6355线中的最大偏振度达到0.39 ± 0.08%，与SN 1999by等其他次最大光度事件一致。
• 连续谱偏振从蓝端向红端增加，在约7000 Å处达到峰值，值约为0.7%，显著高于核心正常型SNe Ia中观测到的≤0.2%。
• 高连续谱偏振由约15%的全局非对称性解释，该非对称性在延迟爆轰模型中通过扁球体几何结构得到良好拟合。
• 次最大光度型SNe Ia中缺乏强线偏振，是由于中间质量元素（如O I、Ti II）在大速度范围内广泛而连续地形成，遮挡了整个光球层。
• 观测到的偏振与光谱特征最符合次最大光度延迟爆轰或脉动DD情景，包含未燃烧碳和大量C/O燃烧产物层，而非标准核心正常模型。