Model atmospheres for SNe II during early stages

¹ Institut für Theoretische Astrophysik, Im Neuenheimer Feld 561, D-6900 Heidelberg, Germany
² Physics Department, TECHNION, IL-32000 Haifa, Israel

Abstract

The photospheres of type II supernovae during the coasting phase ( ~ 1 week to 1 month after outburst) are characterized by moderate temperatures (Teff ~ 7...12 × 10^3K) , large radii (R ~ 10^13...10^15cm) , very low densities (p ~ 10^-13... 10^-16 gcm-3) and high expansions velocities (up to ~ 30000 km-1 in the outer layers). These properties lead to large geometrical extensions (i.e. the photons can travel a large fraction of the radius without being absorbed) and to electron scattering as the main source of opacity. Therefore these photospheres are very different from those of stars in hydrostatic equilibrium. In this review we first describe the input physics for models and essential numerical aspects of the model construction. In particular we stress the central role of an adequate treatment of the radiative transfer equation which should simultaneously take into account the sphericity, a high ratio of scattering to absorption, and relativistic effects. Subsequently we discuss details of the emergent spectra and their relevance for parameter determinations. Finally, model spectra are compared with observations of the bright supernovae SN 1979C and SN 1980 K, which seem to be more average examples of type II supernovae than SN 1987A, and possibilities for using these objects for extragalactic distance determinations are investigated.

Résumé

Les photosphères de supernovae de type II sont caractérisées pendant leur phase d'expansion libre ( ~ 1 semaine à 1 mois après l'explosion) par des températures modérées (Teff ~ 7...12 x 10^3K) , d'importants rayons (R ~ 10^13...10^15cm), de très basses densités (ρ ~ 10^-13...10^-16 gcm-3) et de hautes vitesses d'expansion (jusqu'à ~ 30000 km s -1 dans les couches extérieures). Ces propriétés mènent à d'importantes extensions géométriques (c-à-d que les photons peuvent traverser une importante fraction du rayon sans être absorbés) et à la diffusion par les électrons en tant que principale source d'opacité. Ces photosphères sont donc très différentes de celles d'étoiles en équilibre hydrostatique. Dans cette revue nous décrivons tout d'abord la physique impliquée par les modèles, ainsi que les aspects numériques essentiels à la construction, de ces derniers. En particulier, nous soulignons le rôle crucial d'un traitement adéquat de I'équation de transfert radiatif qui doit tenir compte à la fois de la sphéricité, d'un haut quotient diffusion-absorption, et des effets relativistiques. Enfin nous discutons des détails des spectres obtenus ainsi que la pertinence de ces derniers pour la détermination de paramètres. Finalement, les spectres synthétiques sont comparés avec les observations des supernovae SN 1979C et SN 1980K, qui semblent être des exemples plus représentatifs de supernovae de type II que SN 1987A, et la possibilité d'utiliser ces objets dans la détermination de distances extragalactiques est étudiée.