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紫金山天文台发现热核爆炸超新星晚期的尘埃形成与演化现象

  近日,紫金山天文台与国家天文台联合对Ia-CSM类超新星SN2018evt晚期的光学与中红外多波段观测信号进行了研究,通过分析超新星爆炸后几年内的中红外测光数据,见证了热核爆炸超新星晚期的尘埃形成与演化现象。结合激波消融星周尘埃、星周尘埃和新生成尘埃的热辐射等物理过程,SN2018evt晚期的中红外流量超出得到了成功的解释。该研究成果在2024年2月9日以“Newly formed dust within the circumstellar environment of SN Ia-CSM 2018evt”为题在线发表在《自然·天文》(Nature Astronomy)上。

  Ia型超新星是白矮星在质量增加到钱德拉塞卡极限附近时引燃核心的碳氧元素并摧毁整个白矮星的热核爆炸过程。碳氧白矮星可能存在不同的质量增加途径,其中之一是双星系统中通过吸积实现质量的增加。吸积也会伴随着质量向外转移并产生一定的星周物质。超新星抛射物与星周物质的相互作用会产生一个容易形成尘埃的壳层区域。存在这种相互作用的热核爆炸超新星(Ia-CSM类超新星)有可能成为椭圆星系等低恒星形成率星系的重要尘埃来源,挑战只有核塌缩型超新星产生大量宇宙尘埃的传统观点。但目前对Ia-CSM类超新星的中红外观测非常稀少,这导致我们对上述观点的了解仍非常有限。

  SN2018evt是一颗低红移Ia-CSM类超新星,地面光学望远镜的测光和光谱后随观测持续到了其爆炸后五六百天,空间中红外望远镜Spitzer和WISE对其进行了长达数年的监测。国家天文台中智中心的王灵芝副研究员与美国德州农工大学的王力帆教授发起了针对该超新星的观测研究,并分析了光学测光与光谱数据。王灵芝与紫金山天文台博士后胡镭合作处理了SN2018evt中红外测光数据。通过比对光学与中红外测光数据,发现SN2018evt在晚期存在明显的中红外流量超出(图1)。紫金山天文台博士后胡茂凯通过综合星周尘埃的热辐射、激波摧毁星周尘埃过程以及新生成尘埃热辐射,合理地解释了SN2018evt晚期中红外流量超出(图2)。同时,新生成尘埃产生的消光效应也与光谱中氢发射线的红蓝不对称性的演化特征吻合。

  王灵芝是论文的第一作者兼通讯作者,胡茂凯与王力帆是论文的共同第一作者。该工作的紫金山天文台部分得到了国家自然科学基金创新研究群体项目,青海省重大科技专项及江苏省卓越博士后计划的支持。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41550-024-02197-9


图1 SN2018evt晚期存在尘埃形成的观测信号。a: 晚期光学和中红外光变曲线,光学波段变暗的同时,中红外由于新生成尘埃的热辐射而出现亮度增加。b-d: 氢发射线在晚期的演化特征。


图2 SN2018evt晚期中红外测光信号的拟合。通过考虑星周尘埃以及新生成尘埃的热辐射,合理地解释了SN2018evt晚期的中红外流量超出信号。

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