Ia超新星多样性观测及其起源研究

Type Ia supernovae (SNe Ia) are widely accepted as the results of thermonuclear explosion of carbon-oxygen white dwarf with a mass close to the Chandrasekhar limit in a binary system. The tight correlation between the luminosity of SNe Ia at maximum light and various measures of light-curve development speed has made them excellent cosmological distance indicators. As such, they provided the first evidence for acceleration of the cosmic expansion, and hence for the current, dark energy dominated cosmic mass-energy inventory. SNe Ia continue being a major cosmographic tool, with future efforts focusing on determining the evolution, on cosmological timescales, of the dark energy equation of state. However, the yet unknown identity of the progenitor systems and explosion mechanism of SNe Ia, given that changes with cosmic time or environment, in the progenitor populations or in some details of the explosions, could, in principle, lead to systematic errors in distances deduced based on calibrations of SNe Ia. The problem of progenitor relate to the observed diversity of SNe Ia tightly. Hence we are going to study the relation among SNe Ia progenitor, explosion mechanism, environment and observational diversity though the observation at Lijiang 2.4m telescope and also other domestic and international telescopes. Basing on this relation we want to find out the origination of diversity and reduce the systematic errors in SNe Ia cosmology.

通常认为Ia型超新星来自碳氧白矮星的热核爆炸，利用其光度可标准化的特性进行宇宙学距离测量，发现宇宙处于加速膨胀状态，表明宇宙的能量密度由暗能量主导，极大地拓展了人们对宇宙本身的认识。然而Ia型超新星研究中还存在一些基础问题没有解决：一方面不知道什么样的系统会以Ia型超新星的方式爆炸，另一方面不知道这些系统是否存在宇宙学演化。这些问题给光度标准化带来系统误差，严重影响Ia型超新星作为标准烛光的精度，从而影响精确宇宙学的发展以及对暗能量的认识。研究发现上述问题和Ia型超新星观测上的多样性密切相关。因此本项目将依托我国光学望远镜资源，利用丽江2.4米望远镜，并结合国内外其他望远镜，开展Ia型超新星多样性观测及其起源研究。通过建立多样性与前身星、爆发机制、诞生环境的联系，找到多样性的起源，减小光度标准化的系统误差，提高Ia型超新星测距精度。

通常认为Ia型超新星来自碳氧白矮星的热核爆炸，利用其可标准化的高光度进行距离测量，发现宇宙处于加速膨胀状态，表明宇宙的能量密度由暗能量主导，极大地拓展了人们对宇宙本身的认识。为了确定暗能量物态方程、预测宇宙的最终演化，需要进一步提高Ia型超新星的测距精度和范围。然而，随着巡天样本的增加,在正常Ia之外发现了一批性质不太均匀的样本，不能很好地被标准化，从而限制了Ia型超新星的测距精度。本项目基于丽江2.4米望远镜开展Ia型超新星多样性研究，旨在通过极早期观测和持续监测，获得均匀样本，开展爆炸参数和观测性质研究，从而厘清多样性起源，提高Ia型超新星测距精度。项目执行期间证认了100多颗超新星候选体，获得了近800条光谱，超过4000副测光图像，发表超新星研究论文21篇。基于丽江2.4米望远镜监测，获得了一批处于爆发极早期的Ia型超新星关键演化数据，发现了早期辐射超、高次电离吸收以及单调颜色变化等现象，并用外层镍增丰现象解释了这些特征。说明常规Ia型超新星爆炸模型加上外层镍增丰可以解释高光度Ia大部分特殊行为，由此提出高光度浅硅型Ia存在相同起源，证明高光度Ia同样是优质的宇宙测距工具，通过修改光度标准化方法可以减小高光度Ia造成的光度弥散、提高测距精度。并且由于这些Ia的光度更高，可以照亮更远的地方，因此可以测得更远、更准。结合项目发表的系列工作，研究团队得出Ia型超新星的光度和抛射物速度弥散以及密度分布有关。即爆炸初期膨胀程度越大，极大时的光度越高。这意味着可以通过抛射物的结构对Ia型超新星进行光度标准化，为进一步提高Ia型超新星宇宙测距精度提供了新方法。