超亮超新星与明亮伽玛暴—超新星的能源

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超新星(Supernovae,SNe)是宇宙中最壮观的光学恒星级爆炸事件。在过去一些年,一些光学暂现源巡天项目发现了一些所谓的超亮超新星(superluminous supernovae,SLSNe),它们的峰值亮度与辐射能分别达到了(?)7 × 1043 erg s-1与(?)1051 erg,比普通超新星的峰值亮度和辐射能至少高一个量级。根据它们的光学光谱特征,超亮超新星可以被分为两大类:Ⅰ型与Ⅱ型,前者贫氢,后者富氢。调查和确定超亮超新星的能源对于理解恒星演化与爆炸机制,有着重大的意义。超亮超新星的能源能够通过研究它们的光变曲线和光谱来决定。这篇论文致力于探索这些重要课题。在第1章,我们总结了超新星的观测历史、分类方式、前身星与概念演变。在第2章,我们介绍能够解释超亮超新星的光变曲线的最流行的能源机制:56Ni级联衰变模型、磁星自转变慢模型、喷射物-星周介质相互作用模型、喷流-喷射物相互作用模型以及这些模型的组合模型。在第3章,我们构造一个三重能源模型来解释iPTF13ehe的光变曲线。iPTF13ehe的光变曲线挑战了此前所有的单能源模型,因为光谱分析表明~2.5M☉的56Ni在爆炸中合成,但这么多的56Ni不足以驱动iPTF13ehe的光变曲线,此外晚期光变曲线的再增亮与Hα发射线意味着喷射物与星周介质的相互作用扮演了一个重要的角色。因此,我们提出一个三重能源模型,在这个模型中,磁星与一些((?)2.5M☉)56Ni可以驱动iPTF13ehe的早期光变曲线,晚期光变曲线可以被喷射物-星周介质的相互作用驱动。此外,我们建议iPTF13ehe是一个核坍缩型超新星,而不是脉冲对不稳定超新星候选者。未来对类似超亮超新星的研究将使得人们能够进一步理解它们的爆炸机制与能源机制。在第4章,我们研究与伽玛射线暴成协的超新星中最明亮的一颗,SN 2011kl。SN 2011kl在光变曲线峰值附近时刻的光球速度为21,000 ± 7000 km s-1。由于在研究的过程中,对GRB 111209A余辉光变曲线的演化规律采用了不同的假设(拐折或者不拐折幂律函数),不同的光变曲线分解方法(考虑或者不考虑近红外贡献),三个小组得到了三种不同的热光变曲线。此前的研究已经表明不带有早期过剩的光变曲线可以由磁星模型、磁星+56Ni模型或者白矮星潮汐瓦解模型解释,而不能由放射性加热模型解释。另一方面,显示出早期过剩的光变曲线不能由上述模型解释,而可以用蓝超巨星模型解释。在这一章,我们重新调查了驱动SN 2011kl光变曲线的能源。我们发现,不显示早期过剩的两条光变曲线可以由磁星+56Ni模型解释、显示早期过剩的一条光变曲线可以用考虑了激波加热前身星延展包层的冷却辐射的磁星+56Ni模型解释,这表明这个超新星主要由新生磁星驱动。在第5章,我们研究了一个临近的(z = 0.023146)的明亮超新星SN2007D,它有窄的光变曲线和很高的峰值亮度。此前的研究假设这个超新星由56Ni级联衰变驱动并认为56Ni质量与喷射物质量分别为~1.5M☉与~3.5M☉。在这一章,我们用一些多波段光变曲线模型来拟合SN2007D的R波段与颜色(V-R)演化光变曲线,并调查驱动它们的能源。我们发现,纯56Ni模型不能解释这些光变曲线,但初始自转周期(P0)和磁场强度(Bp)分别为~7.5 ms与~4 × 1014 G的磁星与0-0.2 M☉的56Ni的组合模型可以解释这个超新星的光变曲线与色演化。通过拟合多波段光变曲线,我们发现U波段理论光变曲线的峰值绝对星等小于(MU,peak)小于-21mag,这意味着SN 2007D可能是至今为止被发现的最近的Ⅰ型超亮超新星。然而,我们要提醒的是,消光修正值相当不确定。如果采用更小的消光值,多波段光变曲线都要暗~0.4 mag,在这种情况下,SN2007D可能是明亮超新星,类似于那些填补普通超新星与超亮超新星之间空隙的明亮光学暂现源,而不是一个超亮超新星。在第6章,我们总结了我们的结果并进行了简短的展望。
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