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天体物理学 > 太阳与恒星天体物理学

arXiv:2507.22763 (astro-ph)
[提交于 2025年7月30日 ]

标题: II型超新星中受限的星周物质作为尘埃形成场所

标题: Confined Circumstellar Material as a Dust Formation Site in Type II Supernovae

Authors:Yuki Takei, Kunihito Ioka, Masaru Shibata
摘要: 我们提出一个用于研究与受限的星周介质(CSM)相互作用的II型超新星(SNe)中尘埃形成的模型,这一想法源于近期时域调查发现大量超新星前身星在核心坍缩前被CSM包围。 我们使用开源代码CHIPS模拟超新星前的质量喷发及其产生的受限CSM,并跟踪随后的超新星抛射物及其与CSM的相互作用。 我们表明,在广泛的条件下,冷致密壳(CDS)会在辐射激波处形成,并在自由膨胀期间经历快速的绝热冷却,从而导致高效的尘埃凝聚。 所产生的尘埃质量范围从$\sim10^{-3}\,M_\odot$到$0.1\,M_\odot$,具体取决于CSM的质量和空间范围。 我们进一步计算了新形成尘埃的红外(IR)辐射,并发现与SN~1998S的观测结果有广泛的吻合。 值得注意的是,IR光变曲线在$\lesssim10\,{\rm d}$内迅速上升,与千新星(KNe)的特征非常相似。 这表明,由受限CSM相互作用驱动的尘埃辐射也可能在KNe搜索中被发现。 此外,CDS的高密度环境可能使尘埃颗粒生长到更大的尺寸,增强其在后续时间中抵抗来自星际介质的反向激波破坏的能力。
摘要: We propose a model for dust formation in Type II supernovae (SNe) interacting with confined circumstellar material (CSM), motivated by recent time-domain surveys that have revealed a substantial fraction of SN progenitors to be surrounded by CSM ejected shortly before core-collapse. We simulate the pre-SN mass eruption and the resulting confined CSM using the open-source code CHIPS, and follow the subsequent evolution of the SN ejecta and its interaction with the CSM. We show that a cold dense shell (CDS) is formed at the radiative shock under a wide range of conditions and later undergoes rapid adiabatic cooling during free expansion, leading to efficient dust condensation. The resulting dust mass ranges from $\sim10^{-3}\,M_\odot$ to $0.1\,M_\odot$, depending on the mass and spatial extent of the CSM. We further calculate the infrared (IR) emission from the newly formed dust and find broad consistency with observations of SN~1998S. Notably, the IR light curve exhibits a rapid rise within $\lesssim10\,{\rm d}$, closely resembling that of kilonovae (KNe). This suggests that dust emission powered by confined CSM interaction may be also discovered in KN searches. Moreover, the high-density environment of the CDS may allow dust grains to grow to larger sizes, enhancing their survivability against destruction by reverse shocks propagating from the interstellar medium at later times.
评论: 14页,8图。将提交至ApJ
主题: 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR) ; 高能天体物理现象 (astro-ph.HE)
引用方式: arXiv:2507.22763 [astro-ph.SR]
  (或者 arXiv:2507.22763v1 [astro-ph.SR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.22763
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来自: Yuki Takei [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 30 日 15:23:30 UTC (457 KB)
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