基于国内观测设备的超新星巡天观测及相关问题研究

超新星源于恒星的死亡，是宇宙中最壮观和激烈的高能爆发天象之一。它与天体物理学众多领域密切相关，是当前高能天体物理和观测宇宙学最前沿的研究领域之一。 本项目拟利用国内已存在的和即将投入使用的一些新的天文设备（紫金山天文台1.2米施密特望远镜、清华大学－国家天文台0.8米反射望远镜、国家天文台2.16米望远镜以及即将投入使用的南极施密特望远镜等）开展高时间分辨率（如间隔 < 1-2天）滚动式的巡天观测，以期：1）发现相当数量的红移z<0.1并处于爆发初期的年轻超新星；2)获得、处理、分析和解释新获得的超新星测光以及光谱数据，重点是进一步提高用Ia型超新星及II型超新星在宇宙学中的用途；3）利用爆发早期的数据得到较准确的超新星爆炸时间和爆发光度参数从而对超新星爆炸物理和前身星性质做出更好的限制；4) 利用完备的数据样本开展超新星光度函数、超新星产生率的研究并与临近宇宙的恒星诞生率联系起来。

时域天文学是天体物理学和天文学的一个非常重要的前沿方向， 在近几年发展迅速，在国际上被认为是当前天体物理学中最活跃和最有希望的研究领域之一。对包括超新星内在的宇宙各类爆发现象的探测和后续观测，我们将发现很多未知的宇宙爆发现象并了解到许多复杂的极端物理过程（如致密天体吸积、中微子和引力波辐射、爆炸核合成以及激波暴等）。对这些暂现源爆发初态的捕捉和研究一直是天文观测的难点，这一信息的获得将为深入理解不同类型恒星吸积灾变演化提供关键线索。 利用宽视场望远镜开展时域巡天探测是开展时域天体物理学观测研究的主要手段。国际上已经有包括美国加洲理工大学在内的多个研究机构启动了宽场望远镜巡天项目，发现了许多新的恒星爆发事件，其新发现揭示了许多以前未知的恒星演化物理，在恒大程度上引领了该超新星和时域天文学相关领域的发展。瞄准国际前沿，我们牵头组织了国内的有关研究机构利用现有的宽视场望远镜（如兴隆观测站0.6米施密特望远镜，盱眙观测站1.04米施密特望远镜，以及南极0.5米AST3望远镜）开展超新星巡天观测项目，并于2011年正式启动。自2012年11月至2015年底，我们利用国家天文台60公分施密特望远镜已经发现130颗左右新爆发的超新星（其中包含一颗自宋代以来中国人发现的最近的超新星SN 2014L), 以及上千颗变星和大量的活动星系核, 在国际同类项目中位于前列。新发现的Ia型超新星中有10颗左右在爆发后2-3天内被我们捕获, 这些早期探测数据为深入了解超新星观测多样性和前身星性质提供了重要的限制。相关的发现和成果发表在100多篇CBET和ATels 以及20多篇SCI论文。利用积累的光谱观测数据，在2013年我们发现了用作宇宙“标准烛光”的Ia超新星爆发实际上可能存在两类（该工作发表在Science上）；在2015年底，我们利用大样本光谱数据又在超新星爆发模型的研究上取得重大突破，利用超新星爆发外层物质分布特征首次得到光谱正常的Ia超新星爆发符合经典的延迟暴轰模型。