近日，云南天文台南方天文观测基地博士后李丽萍、研究员张居甲及其合作者，对一颗年轻Ia型超新星SN 2021fxy进行了详细的光学观测研究，揭示了其光谱中与光球层分离的高速成分的特殊速度演化行为，为理解Ia型超新星的爆炸物理提供了新的观测约束。相关研究成果于近期发表在国际天文学期刊《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

Ia型超新星是由双星系统中的碳氧白矮星发生热核爆炸而产生。作为宇宙中至关重要的“标准烛光”，它们在发现宇宙加速膨胀的过程中扮演了关键角色。观测上，部分Ia型超新星在早期光谱中的元素吸收线会呈现出明显与光球层分离的高速成分，这些高速成分究竟是源于爆炸本身产生的内禀抛射物结构，还是由星周物质相互作用引起，是当前研究的热点问题。

图 1：Ia型超新星SN 2021fxy 诞生于星系NGC 5018，其早期光谱（光极大前14天）中显示极强且分离的硅和钙高速成分。

研究团队利用云南天文台丽江2.4米望远镜等设备，获得了SN 2021fxy爆炸极早期的多波段测光和光谱数据。在其早期光谱中，研究人员发现了极强的、与光球成分明显分离的硅和钙高速吸收特征（图1）。通过对这些分离高速成分速度演化的精细测量，团队发现Si II λ6355高速成分的速度随时间下降得非常缓慢，遵循幂律指数β≈0.1的规律。这一速率显著慢于同一时期光球成分的速度演化（β≈0.22），也慢于均匀膨胀假设下典型外层密度轮廓的理论预期。这种缓慢的速度演化表明，产生高速成分的抛射物并非简单来自最外层连续分布的抛射物，而是形成了至少部分与主体外层解耦的独立密度结构。这种结构可能与延迟爆轰模型中由燃烧指状结构产生的团块、或双爆轰模型中的氦壳层燃烧灰烬相对应（图2）。这一发现为理解Ia型超新星外层结构和爆炸机制提供了重要的观测约束。

图 2：SN 2021fxy光谱中Si II 6355（a）和 Ca II IRT（b）轮廓随时间的演化。（c）是Si II 6355和 Ca II IRT速度随时间的演化。

该工作使用了云南天文台丽江2.4米望远镜和清华大学—国家天文台80厘米望远镜，得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、云南省科技计划项目、云南省“兴滇英才支持计划”以及国际超新星研究中心（ICESUN）等的资助。

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