Ia超新星观测及精确宇宙学研究

超新星代表了某些恒星演化的最后灾变阶段，是宇宙中最激烈的高能爆发天象之一。它们在天体物理许多领域中都扮演着重要角色，如从星系的化学演化到观测宇宙学。Ia型超新星(SN Ia)在过去的10多年中被用作"标准烛光"，是探测宇宙膨胀历史最有力的工具之一。对SN Ia的观测和研究导致了宇宙加速膨胀和暗能量的发现，但用它们来进一步限制暗能量的性质则受到系统误差的困扰（如前身星演化和尘埃消光的不确定性）。这主要源于我们对SN Ia爆发物理和它们的前身星还缺乏一致认识。我们拟利用清华大学－国家天文台80cm望远镜对红移z<0.08的超新星开展BVugriz 波段测光,同时利用有关望远镜获取相应的光谱数据。光谱的主要特征线，如SiII 吸收的蓝移（反应光球的膨胀速度）和强度（反应元素密度/丰度），结合光变曲线的整体演化将有助于我们建立物理上更均匀的SN Ia子样本，这为开展精确宇宙学研究提供了依据。

在项目执行期间，对超新星（尤其是Ia型超新星）的观测多样性、超新星前身星以及对宇宙学的影响进行了深入研究。主要成果包括：1) 利用清华大学-国家天文台80公分望远镜在2011-2013年度获得了近100颗超新星的(U)BVRI的多色测光；同时利用国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜以及云南天文台丽江观测站2.4米望远镜获得了近500条光谱。这些数据为深入理解超新星爆发特性以及利用它们开展精确宇宙学研究提供了很好的观测资料。申请者团队成员对某些极亮的超新星如SN 2010jl, SN 2012fr, SN 2007gr, SN 2013dy 等利用有关设备开展及时的跟踪观测以及细致的分析，部分论文已发表在2012年AJ, ApJ以及ApJ Letter上或者接收。2) 利用已有的光谱观测数据，申请者通过系统分析数白颗Ia型超新星光谱发现其特征Si II 6355吸收线的移动与爆发环境存在密切相关（如金属丰度和年龄），这一发现首次将超新星光谱特征（如同Si II 6355吸收线）它们的前身星性质建立起联系，而不是之前被普遍认为的主要是由几何效应引起的。该研究为理解Ia超新星前身星性质差异以及验证环境效应对超新星爆发性质的影响提供了最强有力的证据。这项成果对未来用更均匀的Ia超新星样本开展精确宇宙学研究具有重要的指导意义。鉴于该项研究的重要性及普遍意义，论文被Science编辑挑选出来在2013年3月7日提前在线发表。3)利用哈勃空间望远镜的紫外观测数据研究了Ia超新星的紫外辐射性质，发现了Ia超新星紫外超的首个例子（SN 2004dt）。我们认为其紫外超可能源于超新星爆炸产生的抛射物同星周物质或者是伴星相互作用的，从而对一类Ia超新星的前身星性质给出了限制。4）我们与美国伯克利大学的合作者利用里克天文台10年的超新星巡天数据开展了超新星产生率以及超新星光度函数的研究，得到了邻近宇宙超新星的光度函数及超新星产生率，论文发表后被广泛引用。