II型超新星是繼Ia型超新星之後又壹優質的宇宙學測距工具,有望將超新星測距範圍擴展到更早期宇宙,從而揭示宇宙演化的 歷史 。根據光變曲線輪廓,傳統上II型超新星分成光變曲線呈現出平臺特征的IIP型以及光變曲線在星等尺度上線性下降的IIL型。然而,這兩種II型超新星的起源尚存爭議。通常認為的富氫殼層電離復合模型可以解釋IIP型超新星的光度平臺以及光度斷崖式跌落,但不能很好地解釋IIL型超新星相對更高的光度,以及同樣可能出現的光度斷崖式跌落。
張居甲等人通過超新星SN 2018zd監測,發現該超新星爆炸前有過劇烈的星風損失過程,從而在距離恒星中心2000個太陽半徑的位置形成了總量約為0.18個太陽質量的激波以及拋射物質與星周物質發生相互作用,從而產生更高的光度。結合該超新星光譜和光度演化特征,研究人員提出IIL型超新星來自早期具有強烈且短暫相互作用的IIP型超新星。由此可以解釋IIL型超新星更高的峰值光度、更快的光度下降率以及和IIP相似的光度斷崖式跌落。
該工作認為II型超新星爆炸極早期普遍存在相互作用,其強弱以及持續時間的長短是導致II型超新星觀測多樣性的主要因素。進壹步提出早期相互作用是造成II型超新星光度-速度關系彌散的主要來源,指出了提高II型超新星宇宙學測距精度的方向。
由於觀測不夠及時,以前往往沒有捕捉到爆炸初始時刻的關鍵信息,從而對II型超新星分類產生誤解。得益於麗江2.4米望遠鏡(LJT)靈活、高效的時間分配策略,能夠在SN 2018zd發現後幾個小時內開展光譜和測光觀測,從而捕獲到早期關鍵信息。通過LJT優秀的暗場探測能力,科學家獲得了該超新星長達456天的演化軌跡,結合全球聯測,揭示出爆炸背後的秘密,解碼II型超新星多樣性起源。
該工作利用了麗江2.4米望遠鏡、興隆2.16米望遠鏡、清華-國臺80厘米望遠鏡、Konkoly 1米望遠鏡、Apache Point 3.5米望遠鏡以及Keck-I 10米望遠鏡等設備,得到國家自然科學基金委、中科院青年創新促進會、雲南省萬人計劃“青年拔尖”人才項目、國家重點基礎研究發展規劃項目等的支持。
SN 2018zd及其宿主星系NGC 2146 UBV三色成像(數據來自麗江2.4米望遠鏡)