Ia型超新星前身星的大样本演化研究

It has been found that the expansion of the Universe is accelerating through observations of distant type Ia supernovae. This leads to the hypothesis of dark energy. However, the exact nature of type Ia supernova progenitors is still uncertain, which will directly affect the accuracy of the results of the current cosmology. In this project, we will study the progenitors of type Ia supernovae by using a new binary population synthesis approach based on the reasonable criteria of stable mass transfer and the common envelope evolution which are obtained from a new star adiabatic mass-loss model, and then investigate their progenitors via observational constraints. (1) We will study various of white dwarf accretion model of type Ia supernovae, which will increase the birthrates of type Ia supernovae. (2) We will study violent merge model of double white dwarfs, and then get the observational properties of this model at the moment of supernova explosion. (3) We will discriminate the observational massive white dwarfs in the binary systems are which type of white dwarfs, and give the final fate of these binaries and predict whether these white dwarfs produce type Ia supernovase or not. (4) We will study the progenitor models of type Ia supernovae via spectra observations of their early explosion stage. This project will have important influences on the question of the progenitors of type Ia supernovae, and promote the development of related fields.

利用Ia型超新星测距，人们发现了宇宙在加速膨胀，从而推论出暗能量的存在。但是，到目前为止人们仍不清楚它的前身星，前身星问题得不到解决将阻碍精确宇宙学的发展。本项目将基于恒星绝热物质损失模型得到的更准确的双星物质稳定性交流判据以及更合理的公共包层演化来改进当前的大样本恒星演化模型，进而来研究Ia型超新星的前身星，并从观测上认识前身星，具体研究内容如下：(1)研究各种白矮星吸积模型，解决其诞生率不足的问题；(2)研究双白矮星剧烈并合模型，给出该模型可与观测进行对比的量；(3)区分观测上的大质量白矮星双星系统中的白矮星是哪一类白矮星，并预言其最终命运，看能否诞生Ia型超新星；(4)对Ia型超新星进行早期光谱观测，进而从观测上认识前身星。该项研究将进一步加深人们对Ia型超新星前身星的认识，并促进相关领域的发展。

Ia型超新星是宇宙学距离指示器，通过Ia型超新星测距，科学家发现宇宙在加速膨胀，从而推论出暗能量的存在。然而，人们并不清楚Ia型超新星的前身星是什么，这将直接影响Ia型超新星的测距精度并阻碍精确宇宙学的发展。本项目在此背景下开展，项目基于恒星快速物质损失模型得到的更准确的双星物质稳定性交流判据以及更合理的公共包层演化，进而改进了当前的大样本恒星演化模型，并以此来研究了Ia型超新星的前身星。在项目执行期间，共计发表SCI论文15篇(其中第一作者SCI论文4篇,通讯作者SCI论文9篇)，博士毕业2人，硕士毕业2人。取得了如下主要创新成果： 1）对双白矮星的并合过程进行了系统性研究，发现并合的结局强烈依赖并合时主白矮星的吸积率；2）发现Ia型超新星的单简并星模型存在一个临界吸积率(高于该吸积率将形成中子星)，而由于该临界吸积率的存在，以往研究由单简并星模型得到的Ia型超新星诞生率被高估；3）模拟了碳氧白矮星表面偏离中心碳燃烧的过程，发现碳氧白矮星经历这一过程后会演化为碳氧硅白矮星，将产生一类特殊的Ia型超新星；4）系统性研究了Ia型超新星前身星的共生星模型，扩大了诞生Ia型超新星的参数空间；5）发现碳氧白矮星与富氦白矮星并合是形成类91bg型超新星的一种可能通道；6）系统性研究了Ia型超新星前身星的核简并模型，发现该模型可以解释类PTF 11kx型超新星；7）成功模拟了碳氧白矮星表面氦的新星爆发过程；8）给出了白矮星+氦星模型在发生Ia型超新星爆炸后星周物质的特征；9）Henize 2-428是Ia型超新星前身星的候选体，给出了该双星系统的演化历史及结局。