用光学-近红外谱能分布搜寻超新星尘埃形成的证据

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超新星爆发是大质量恒星耗尽可聚变的元素或白矮星吸积过多物质后产生的强烈爆发现象。通常根据两种方式对超新星进行分类:1.根据观测到的光谱的特征,可以将超新星分为Ⅰ型与Ⅱ型,其中Ⅰ型超新星光谱缺乏氢,Ⅱ型超新星光谱富含氢;2.根据超新星爆发的机制,又能将超新星分为热核爆炸超新星和核塌缩型超新星。本文的第一章介绍了从恒星的诞生、恒星的演化过程,到恒星的死亡,最后爆发成为超新星的物理过程和一些基本的物理概念,并介绍了超新星详细的分类依据。本文的第二章通过介绍尘埃的历史研究进展和当前的研究现状,详细说明了尘埃模型的建立、发展和应用在解决实际的红外回光问题上,对超新星尘埃的形成条件、所处位置等性质特点进行了总结概括。本文的第三章搜集了 66个具有光学与近红外测光的超新星数据。通过使用黑体模型拟合它们的谱能分布,发现其中2颗超新星(SN 2010bq和SN 2012ca)具有显著的红外超出现象,7颗超新星的尘埃具有轻微红外超出证据,57颗未显示红外超出证据(其中5颗显示出红外吸收证据)。对于显示出显著红外超出的2颗超新星与轻微红外超出的7颗超新星,我们使用黑体+尘埃模型拟合它们的谱能分布。该模型假定流量为超新星光球辐射和周围的尘埃辐射的总和,并假定尘埃成分为石墨或硅酸盐颗粒,半径为0.1μm。最终模型成功解释这些超新星的谱能分布,对于石墨情形,SN 2010bq 和 SN 2012ca 的尘埃质量(温度)分别为0.1-3.4 × 10-4M⊙(1300-1800 K)和0.6-7.5 × 10-3M⊙(600-1000 K);对于硅酸盐情形,SN 2010bq 和 SN 2012ca 的质量(温度)分别为0.2-2.6 × 10-3M⊙(1400-2000 K)和2.5-23 × 10-3M⊙(700-1200 K)。对比得到的温度与石墨、硅酸盐的升华温度,我们发现,SN 2010bq的尘埃应为石墨,而SN 2012ca的尘埃可以为石墨或硅酸盐。对于存在轻微红外超出证据的超新星,我们得到的尘埃质量应被视为它们的尘埃质量的上限。我们拟合将得到的尘埃壳黑体半径与估算的升华半径和喷射物半径进行了对比,发现2颗超新星的尘埃壳黑体半径都比它们超新星的喷射物半径大,这表明它们的尘埃起源于超新星爆发之前。第四章研究了 SN 2010bq和SN 2012ca的能源机制。我们的多波段拟合不仅再次确认了这两颗超新星存在显著的红外超,而且表明它们不能由56Ni衰变模型解释。在论文的末尾,我们总结了全文,并对未来超新星的大样本研究的意义和可执行性进行了展望。
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