云南天文台发现红超巨星氢壳层分层或为产生不同II型超新星的关键
近日，中国科学院云南天文台硕士研究生赵泽毅和张居甲研究员及其合作者在国际天文期刊《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上发表了题为“SN 2021dbg：一颗来自分层壳层大质量恒星的明亮IIP-LL型超新星爆炸”的研究成果，揭示了Ⅱ型超新星SN2021dbg的独特性质及其与红超巨星氢壳层分层结构的潜在联系，为理解ⅡP和ⅡL型超新星的形成提供了新的视角。
研究人员通过深入分析发现，SN2021dbg不仅光度远超多数Ⅱ型超新星，而且其光变演化特征兼具ⅡP和ⅡL两种子类型的特点，是Ⅱ型超新星中比较少见的过渡事件。进一步观测和光谱分析表明，其高亮度的来源主要有两方面：其一是爆炸过程中产生了比普通II型超新星更多的放射性镍，其二是爆发初期抛射物质与周围星周物质的相互作用。SN 2021dbg的前身星可能是一颗质量为约20太阳质量、半径约为1200太阳半径的红超巨星。这颗红超巨星在爆炸前仍然具有一个较厚的氢壳层，其内部可能存在一个物质密度和温度急剧下降的区域，形成了独特的分层结构。研究人员推测这种氢壳层的分层可能与大质量恒星晚期的脉动活动和物质损失增强相关。正是这种分层结构导致SN 2021dbg表现出ⅡP和ⅡL型超新星混合特征的原因，使其成为连接这两类超新星的重要过渡事件。
据研究团队分析，如果红超巨星的晚期脉动活动和物质损失没有SN2021dbg的前身星那么强烈，无法形成氢壳层的分层结构，那么最终爆炸将呈现为ⅡP型超新星；相反，如果这些活动比SN 2021dbg的前身星更为剧烈，导致氢壳层分层结构无法稳定存在，外壳层迅速损失，那么最终爆炸则表现为ⅡL型超新星。
这一研究成果不仅为理解ⅡP和ⅡL型超新星的形成机制提供了新的视角，也为探索大质量恒星晚期演化过程中的物质损失和脉动活动提供了重要线索。未来，随着更多类似SN2021dbg的超新星被发现和研究，研究人员有望进一步揭示Ⅱ型超新星观测多样性的物理起源。
该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国载人航天工程、云南省“兴滇英才”计划、云南省科技计划、中国科学院“西部青年学者”以及国际超新星中心等的资助。
图1：双壳层结构的LC2模型对SN 2021dbg准热光度曲线的拟合。
图2：SN 2021dbg前身星的氢壳层分层结构示意图。