云南天文台在Ia型超新星前身星领域取得新进展
近日，中国科学院云南天文台博士研究生崔英朕与孟祥存研究员在Ia型超新星领域获得新的进展。他们对Ia型超新星共有包层星风模型进行了流体动力学模拟，揭示了白矮星双星处于共有包层星风阶段时的物质损失机制以及主要的观测特征，这为后续的观测搜寻工作提供了理论指导。国际科学期刊《天文学与天体物理学》 (A&A) 近日以“Hydrodynamical simulations for the common-envelope wind model for Type Ia supernovae”为题发表了这一成果。
Ia型超新星是一种剧烈的天体爆发现象，因其光度极高且光变曲线具有很好的同一性，在宇宙学上被用于距离指示器。但是Ia型超新星是从什么样的系统演化来的目前还不是很清楚（前身星问题），这可能会影响精确宇宙学的发展。单简并星模型是目前最流行的Ia型超新星前身星模型之一，在这种模型中，一颗碳氧白矮星从非简并伴星吸积物质，增加其自身质量，最终发生热核爆炸。这个模型的问题在于，当双星间物质转移速率超过某个临界值时，白矮星的吸积包层会膨胀，并最终在双星系统周围形成一个共有包层。通常认为共有包层会导致双星快速并合，所以会阻止Ia型超新星的发生。
共有包层星风模型是针对单简并星模型的上述缺点所提出的一种改良模型，这种模型认为共有包层表面会发生强烈的物质损失，导致包层的密度很低，双星并合需要的时间很长，所以白矮星有足够的时间积累物质，从而发生Ia型超新星爆炸（见图1）。但是共有包层表面的物质损失是如何产生的以及这种系统有什么样的观测特征还不是很清楚。我们对共有包层星风模型进行了详细的流体动力学模拟研究，发现这种系统总是动力学不稳定的，并因此产生剧烈的物质损失，导致包层质量只能维持在大约千分之几个太阳质量。通过对内部结构的分析，我们发现这种不稳定性是由包层中氢和氦的电离复合过程所驱动的（见图2），与经典造父变星的脉动激发机制相同。 同时，我们的结果显示，这种公用包层星风模型的主要观测特征也与脉动变星相似，这个结果为后续在观测上搜寻Ia型超新星前身星提供了理论指导。
图1.共有包层星风模型结构的示意图。白矮星双星周围形成共有包层，包层物质以星风在包层表面被损失掉。
图2.包层中第一绝热指数随时间的演化情况，这个值低于4/3的区域是动力学不稳定的。在我们的模型中，不稳定的区域对应的是氢和氦电离区的边界。