晚期核坍缩超新星光谱的红外诊断

我们展示了红超巨星和氦星爆炸的非局部热力学平衡辐射转移计算，扩展了先前的工作，以重点关注星云相（即约 200 至约 500 天）期间抛射物中原子和离子的红外发射——分子和尘埃被忽略。我们涵盖了初始质量在 10 至约 40 $M_{\odot}$ 之间且不旋转的太阳金属量前身星，它们爆发为 II 型或 Ibc 型超新星（SNe）。在测光和光谱上，SN II 模型与 SN Ibc 模型的演化截然不同，主要原因是后者的抛射物动能质量比更大，这导致了更大的伽马射线逃逸，同时在我们贫氢的抛射物中密度更低、电离度更高。II 型 SN 模型在所有时期都保持光学高亮度，而 Ibc 型模型在红外波段逐渐增亮（在 500 天时其 80% 的光度位于此处），导致强红外线如 [NeII]12.810mic 和 [NiII]6.634mic 基本上以恒定光度演化。由于抛射物电离的额外影响，[NeII]12.810mic 的强度对氦核或超新星前身星质量表现出复杂的依赖关系——在我们的 Ibc 型 SN 模型中，约 300 天后该谱线单独辐射了高达 20% 的 SN 光度。发现大量红外 Ni 线是经历了爆炸核合成的物质的良好示踪剂，因此可直接用于约束核坍缩 SNe 中 56Ni 混合的程度。红外 Fe 和 Co 线积分通量的演化表现出极大的多样性，这损害了它们在我们的模型中作为 56Ni 衰变能源诊断手段的可用性。未来 JWST 对核坍缩 SNe 的光谱观测将提供关于其抛射物中原子和离子发射的前所未有的信息，从而对大质量恒星爆炸提供关键约束。