Ia型超新星爆发的极早期光学观测研究

As one of the most energetic events of stellar evolution the explosion of Type Ia supernovae (SNe Ia) has attracted increasing attention and studies of this phenomenon expanded enormously during the last three decades. SNe Ia plays an important role in astrophysics and are crucial to the studies of stellar evolution, galaxy chemical evolution and cosmology. However, the basic mechanism of SNe Ia is still uncertain even it had been used to determine the cosmical parameters. In brief, the arguments are mainly focusing on the progenitor system of SNe Ia, which is generally thought to be thermonuclear explosions of accreting carbon–oxygen white dwarfs in close binaries; however, the nature of progenitor is still unclear. Although it is hard to observe the progenitor directly, fortunately spectra taken shortly after explosion can give us much information about the circumstellar environment and progenitor of SNe Ia. For the fast variety of SNe Ia’s early spectra just a sparse well-sampled objects on hand. In this project we will select candidates from several SNe surveys and use the Lijiang 2.4m telescope with YFOSC (Yunnan Faint Object Spectragraph and Camera) to identify SNe. And the following spectroscopy and photometry observations will focus on the SNe Ia at the extremely early phase after identification. By studying of the abundance and distributions of synthesized elements from early spectra we hope to understand the origin of SNe Ia diversity and put constraint on the progenitor models.

Ia型超新星是恒星世界最为壮丽的高能爆发现象，不仅与恒星形成和演化、宇宙金属增丰以及星系化学演化等息息相关，更因其在宇宙测距上的“标准烛光”作用而倍受关注。Ia型超新星前身星及其爆发环境是研究观测多样性、提高测距精度的关键环节，然而目前无法获得前身星系统的直接观测资料。庆幸的是，Ia型超新星在爆发的极早期保留了前身星系统的部分信息，因而在极早期进行观测，成为研究前身星的重要途径。由于此类超新星早期光谱特征演化非常快，导致目前观测资料比较匮乏。本项目拟基于多个超新星巡天系统提供的候选体信息，利用丽江2.4米望远镜在超新星爆发的第一时间开展光谱证认，判断候选体的类型及其演化阶段，对其中的处于爆发极早期的Ia型超新星进行光学监测；通过系统地分析极早期的观测资料，研究爆炸所合成元素的丰度以及分布情况，以便深入了解这类超新星的观测性质多样性的起源，并对前身星系统及爆发模型做出有效限制。

在本项目的支持下利用丽江2.4米望远镜证认出99颗超新星，并确定其类型以及演化阶段。对200多颗超新星进行测光和光谱观测，获得500多条光谱，3000多幅测光图像。通过对其中十多颗处于爆发极早期的Ia型超新星进行长期监测，取得了系列研究成果，在国际一流的天文杂志上发表12篇研究论文。主要研究成果包括：(1).Ia多样性研究:证认和系统研究了具有窄吸收特征的一类新的Ia子类，其观测特征与已知类型的Ia不同；发现高光度浅硅型Ia在近红外波段的光度存在较大的弥散，与以往认为Ia具有较均匀的红外光度的认知不同，对模型研究提出了新的问题。(2).Ia前身星和爆发机制研究：通过SN2011hr的观测和光谱模拟，发现超钱德拉塞卡质量极限Ia和高光度91T型Ia之间可能存在联系，暗示同一种诞生渠道；观测和模型研究表明SN2013en可能是源于氦暴轰机制的特殊类型Ia；通过SN2013dy极早期观测，强有力地证明该超新星来自碳氧白矮星的热核爆炸。这些研究表明Ia型超新星极早期观测为Ia型超新星爆发机制以及多样性起源等研究提供了重要信息。通过建立多样性与前身星、爆发机制、诞生环境的联系，找到多样性的起源是提高Ia型超新星测距精度的关键。