發光 II 型短平台超新星 SN 2023ufx：部分剝離大質量前身星的不對稱爆炸

核心概念

SN 2023ufx 是一顆獨特的 IIP 型超新星，具有已知最短的平台期，其特徵表明它起源於一顆經歷了部分剝離的大質量紅超巨星的不對稱爆炸。

要約

發光 II 型短平台超新星 SN 2023ufx：部分剝離大質量前身星的不對稱爆炸

本研究介紹了超新星 SN 2023ufx，這是一顆獨特的 IIP 型超新星，具有已知最短的平台期（tPT ∼47 天）、明亮的 V 波段峰值（MV = −18.42 ± 0.08 星等）和快速的早期衰減率（s1 = 3.47 ± 0.09 星等 (50 天)−1）。通過將觀測到的測光數據與流體動力學 MESA+STELLA 模型網格進行比較，我們將前身星限制為一顆 ZAMS 質量約為 19 – 25 M⊙ 的大質量紅超巨星。與星雲光譜模型的獨立比較也表明初始氦核質量約為 ∼6 M⊙，因此前身星質量很大。對於 IIP 型超新星，SN 2023ufx 在爆炸過程中產生了異常大量的鎳 (56Ni) ∼0.14 ± 0.02 M⊙。我們發現 SN 2023ufx 中的短平台期可以用一個小的氫包層 (MHenv ≃1.2 M⊙) 的存在來解釋，這表明前身星經歷了部分剝離。為了擬合早期（≲10 天）的擬熱光變曲線，需要通過前身星後期恆星演化的質量損失產生約 ≃0.09 M⊙ 的星周物質 (CSM)。[O I] λλ6300、6364、Hα 和 [Ca II] λλ7291、7323 的寬多峰成分的星雲線診斷表明，SN 2023ufx 的爆炸可能具有內在的不對稱性，優先沿著我們的視線噴射物質。

SN 2023ufx 是一顆具有異常短平台期的 IIP 型超新星。 其平台期僅持續約 47 天，而典型的 IIP 型超新星的平台期持續約 100 天。
SN 2023ufx 非常明亮， 其 V 波段峰值星等為 -18.42。
SN 2023ufx 的早期衰減率很快， 這表明其前身星的氫包層很小。
SN 2023ufx 產生了異常大量的鎳， 這與其他發光短平台超新星的觀測結果一致。
SN 2023ufx 的爆炸可能具有內在的不對稱性。

抽出されたキーインサイト

Luminous Type II Short-Plateau SN 2023ufx: Asymmetric Explosion of a Partially-Stripped Massive Progenitor

by Aravind P. R... 場所 arxiv.org 11-06-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.02493.pdf

深掘り質問

什麼機制導致 SN 2023ufx 的前身星經歷了部分剝離？

雖然確切的機制尚不清楚，但有幾種可能性可以解釋 SN 2023ufx 前身星的部分剝離：

**雙星交互作用：**這是最有可能的解釋。大質量恆星通常存在於雙星系統中，如果兩顆恆星的距離足夠近，其中一顆恆星的引力可以將另一顆恆星的外層物質剝離，形成共同包層。SN 2023ufx 的前身星可能在爆炸前與伴星經歷了這樣的物質交換過程，導致其氫包層質量減少。
**強烈的恆星風：**大質量恆星在其演化過程中會經歷強烈的恆星風，尤其是在紅超巨星階段。這些恆星風可以帶走恆星外層的大量物質。SN 2023ufx 的前身星可能經歷了比一般紅超巨星更強烈的恆星風，導致其氫包層被部分剝離。
**不穩定性剝離：**一些理論模型表明，大質量恆星在其演化過程中可能會經歷不穩定性剝離，導致其外層物質被拋射出去。這種不穩定性可能是由恆星內部的核反應或旋轉變化引起的。
需要進一步的研究和觀測來確定哪種機制是導致 SN 2023ufx 前身星部分剝離的主要原因。

SN 2023ufx 的不對稱爆炸是如何產生的？

SN 2023ufx 的不對稱爆炸可以從其晚期光譜中觀察到的 [O I] λλ6300, 6364、Hα 和 [Ca II] λλ7291, 7323 等譜線的多峰結構推斷出來。這些多峰結構表明爆炸產生的物質並非均勻地向外拋射，而是存在著某些方向上的偏向。
導致超新星爆炸不對稱的機制尚不完全清楚，但以下因素可能起到了一定作用：

**非球對稱的爆炸引擎：**目前的超新星爆炸模型認為，爆炸是由於核心坍縮後形成的衝擊波反彈引起的。如果這個衝擊波的傳播不是球對稱的，那麼爆炸產生的物質也會呈現出不對稱的分布。
**前身星內部的非對稱結構：**大質量恆星在其演化過程中，內部可能會形成非對稱的結構，例如對流單體或旋轉產生的物質混合。這些非對稱結構可能會影響衝擊波的傳播，進而導致不對稱的爆炸。
**爆炸後的物質交互作用：**爆炸產生的物質與周圍星際介質的交互作用也可能導致觀測到的不對稱性。

對 SN 2023ufx 等短平台超新星的研究如何能讓我們更深入地了解大質量恆星的演化？

短平台超新星，例如 SN 2023ufx，為我們提供了一個獨特的窗口來研究大質量恆星演化的晚期階段和爆炸機制。以下是一些具體的例子：

**限制大質量恆星的質量損失機制：**短平台超新星的短暫平台期表明其氫包層質量較小，這意味著其前身星在爆炸前經歷了顯著的質量損失。通過研究這些超新星的光度曲線和光譜演化，我們可以限制導致質量損失的物理機制，例如雙星交互作用或強烈的恆星風。
**探索爆炸能量和前身星結構之間的關係：**短平台超新星的光度曲線形狀與爆炸能量和前身星結構（例如質量和半徑）密切相關。通過建立觀測數據和理論模型之間的聯繫，我們可以更好地理解爆炸能量是如何產生的，以及它與前身星性質之間的關係。
**研究不對稱爆炸的發生率和物理機制：**越來越多的觀測證據表明，不對稱爆炸在大質量恆星死亡中可能非常普遍。通過研究短平台超新星和其他類型超新星的不對稱性，我們可以更好地理解導致不對稱爆炸的物理機制，以及它對星際介質的影響。
總之，對 SN 2023ufx 等短平台超新星的深入研究將有助於我們更全面地了解大質量恆星的演化、爆炸機制以及它們對宇宙化學演化的貢獻。