Observational constraints on the progenitors of type Ia supernovae

Abstract

This thesis investigates observational signatures and provides constraints on the progenitors of Type Ia Supernovae (SNe Ia), one of the most powerful cosmological probes, with a profound impact on understanding the evolution of the universe. By exploiting rich observational datasets, from powerful transient surveys, and extensively analysing them, we provide an insight into the long-standing progenitor problem. At first, we investigate the late-time evolution of the SN Ia light curve. Using the Palomar Transient Factory (PTF) observations of SN 2011fe, added with external literature data, we achieve an unprecedented photometric coverage of the late-time light curve of a SN Ia, spanning from 200 to 1600 days after maximum, with remarkable temporal density. A combination of photometry and spectroscopy at these phases allows us to construct a pseudo-bolometric light curve and physical models that describe the behaviour of it are considered. Our main results are the explanation of the bolometric light curve by radioactive inputs of the 56Ni and 57Ni decay chains, with the estimated amount of 57Ni to be relatively large, indicating a high central density explosion environment. Moreover, our pseudo-bolometric light curve is not consistent with models that have complete trapping of the produced charged leptons, with models that allow for positron/electron escape or an infrared catastrophe (IRC) adequately describing the evolution. Finally, we studied a sample of 49 PTF SN Ia with late-time photometric coverage, finding no significant deviation on their light curve evolution compared to SN 2011fe, and provide an upper limit on the hydrogen rich material at the site of the explosion to be <0.87 solar masses. For the last part, we turn our focus to the spectroscopic class of 91T-like overluminous SNe Ia, by studying two members of this class: SN2014eg and SN2016hvl, for which we present their rich data set and provide physical parameters that describe them. Our results show that the highly reddened SN 2014eg is a slightly less luminous 91T-like, with a 56Ni mass of 0.573 solar masses, with indications of circumstellar material (CSM) at the site of the explosion, while SN2016hvl is a 91T-like with 0.767 solar mass of 56Ni. Finally, we study the host galaxies of the PTF 91T-like SNe Ia, and we find that they preferentially explode in active galaxies, with moderate to high star formation rates and a range in their stellar masses.

Αυτή η διδακτορική διατριβή διερευνά παρατηρησιακές ενδείξεις και παρέχει περιορισμούς όσον αφορά τα προγονικά συστήματα των Υπερκαινοφανών αστέρων τύπου Ια (SNe Ia), ενός από τους πιο ισχυρούς κοσμολογικούς ανιχνευτές, με βαθύ αντίκτυπο στην κατανόηση της εξέλιξης του σύμπαντος. Αξιοποιώντας πλούσια σύνολα δεδομένων παρατήρησης, από ισχυρές παροδικές καταμετρήσεις, και αναλύοντάς τα εκτενώς, παρέχουμε μια εικόνα για το μακροχρόνιο πρόβλημα των προγονικών συστημάτων. Αρχικά, διερευνούμε την ύστερη εξέλιξη της καμπύλης φωτός των SNe Ia. Χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις από το Palomar Transient Factory (PTF) του SN 2011fe, στις οποίες προστέθηκαν δεδομένα εξωτερικής βιβλιογραφίας, επιτυγχάνουμε μια άνευ προηγουμένου φωτομετρική κάλυψη της καμπύλης φωτός κατά την διάρκεια του τελευταίου χρόνου ενός SN Ia, που εκτείνεται από 200 έως 1600 ημέρες μετά τη μέγιστη φωτεινότητα, με αξιοσημείωτη χρονική πυκνότητα. Ένας συνδυασμός φωτομετρίας και φασματοσκοπίας σε αυτές τις φάσεις μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε μια ψευδοβολομετρική καμπύλη φωτός, και να αναλύσουμε φυσικά μοντέλα που περιγράφουν τη συμπεριφορά της. Τα κύρια αποτελέσματά μας είναι η εξήγηση της βολομετρικής καμπύλης φωτός από τις ραδιενεργές αλυσίδες διάσπασης των 56Ni και 57Ni, με την εκτιμώμενη ποσότητα 57Ni να είναι σχετικά μεγάλη, υποδεικνύοντας ένα περιβάλλον έκρηξης υψηλής κεντρικής πυκνότητας. Επιπλέον, η ψευδοβολομετρική καμπύλη φωτός μας δεν συνάδει με μοντέλα που έχουν πλήρη παγίδευση των παραγόμενων φορτισμένων λεπτονίων, αντιθέτως, μοντέλα που επιτρέπουν τη διαφυγή ποζιτρονίου/ηλεκτρονίου ή μια υπέρυθρη καταστροφή (IRC) περιγράφουν επαρκώς την εξέλιξη. Τέλος, μελετήσαμε ένα δείγμα 49 SNe Ia από το PTF με φωτομετρική κάλυψη ύστερου χρόνου, χωρίς να βρίσκουμε σημαντική απόκλιση στην εξέλιξη της καμπύλης φωτός τους σε σύγκριση με το SN 2011fe και παρέχουμε ένα ανώτερο όριο στο πλούσιο σε υδρογόνο υλικό στο σημείο της έκρηξης σε <0.87 ηλιακές μάζες. Για το τελευταίο μέρος, στρέφουμε την εστίασή μας στη φασματοσκοπική κατηγορία του 91T-like SN Ia, μελετώντας δύο μέλη αυτής της κατηγορίας: τα SN2014eg και SN2016hvl, για τα οποία παρουσιάζουμε το πλούσιο σύνολο δεδομένων τους και παρέχουμε φυσικές παραμέτρους που τα περιγράφουν. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι το εξαιρετικά ερυθρό SN 2014eg είναι ελαφρώς λιγότερο φωτεινό 91T-like SN Ia, με μάζα 56Ni 0.573 ηλιακές μάζες, με ενδείξεις περιαστρικού υλικού (CSM) στο σημείο της έκρηξης, ενώ το SN2016hvl είναι ένα 91T-like SN Ia με 0.767 ηλιακές μάζες 56Ni. Τέλος, μελετάμε τους γαλαξίες-ξενιστές των 91T-like SN Ia από το PTF, και διαπιστώνουμε ότι εκρήγνυνται κατά προτίμηση σε ενεργούς γαλαξίες, με μέτριους έως υψηλούς ρυθμούς σχηματισμού αστέρων και μεγάλο εύρος στις αστρικές τους μάζες.