IIP型超新星的观测性质多样性与前身星研究

Type IIP supernovae (SNe IIP) are the outcome of massive stars experiencing catastrophic core collapse after energy exhaustion at the end of life. They are characterized by a plateau lasting about 80-120 days in the light curve, indicating that a part of the hydrogen envelope is retained when the eruption occurs. As a potential cosmological standard candle, SNe IIP exhibit diversity on the observational properties, such as rising time, luminosity evolution, spectral profile, and expansion velocity, which may be closely related to their explosion physics, the circumstellar environment and the progenitor’s properties. The applicants plan to densely monitor a sample of newly-discovered SNe IIP in multi-band using a number of optical telescopes in China and the international one-meter telescope network, and do systematic analysis on their observational properties. At the same time, combined with the existing stellar evolution code and hydrodynamical models, we can further study the explosion physics and progenitor star properties with the theoretical simulation of the observables. This can help us better understand the evolution of the massive stars, and improve the precision of SNe IIP cosmological distance measurement in the future.

IIP型超新星是大质量恒星演化到晚期，发生的灾难性核塌缩爆发现象。它最显著的特征是光变曲线中有一个持续约80-120天的平台期，预示着爆发时还保留了一部分氢壳层。作为有潜力的宇宙学标准烛光，IIP型超新星在观测性质上呈现出多样性，例如在上升时间、光度演化、谱线轮廓、膨胀速度等方面有很大差异，可能与它们的爆发物理、星周环境以及前身星性质息息相关。申请人计划借助国内的多台光学望远镜及国际上的一米级望远镜联测网络，对一批新近爆发的IIP型超新星样本进行连续性、多波段的后续监测采样，对它们的观测性质进行系统性分析。同时，结合现有的恒星演化程序以及流体动力学模型，对可观测量进行理论模拟，可以更深入地研究IIP型超新星的爆发物理及前身星性质，有助于理解大质量恒星的演化过程，并提高未来IIP型超新星宇宙学测距精度。

II型超新星一般被认为是初始质量大于8倍太阳质量的恒星在演化晚期的核塌缩造成剧烈爆发现象。它们的光谱特征表现于Balmer线系的显著P-Cygni轮廓，在光变曲线上不同子类之间有较大的差异性，这与它们的前身星的性质和爆发环境息息相关。尽管大部分II型超新星子类的观测性质和爆发机制研究得较透彻，一类快速演化的II型超新星引起了关注。本课题对其中一个样本SN 2017czd进行了详细的研究，估计它的平台期持续时间只有15天左右。这表明这颗超新星的氢壳层非常薄，可能在爆发过程中通过星风或者伴星吸积作用丢失了大量氢壳层。同时，发现它的光谱从早期的类IIP型超新星，转向为类似IIb型超新星，且谱线速度高于同时期的II型超新星。通过恒星理论的模拟，推测它可能源于15倍太阳质量的大质量恒星在爆发过程中丢失了大部分物质，只保留了0.4倍太阳质量的氢壳层。这项研究为II型超新星的多样性研究提供了一个重要的样本。它的过渡性演化也是对传统分类的一个挑战，后续对于快速演化的这类II型超新星的理论性质研究提供了一个参考。此外，我们也对国内时域巡天项目的IIP型超新星样本进行了一个初步统计，对它们的观测性质做了初步的研究。它们的光变性质和光谱特征都符合传统的IIP型超新星。