核塌缩型超新星及其中微子驱动的星风

发布时间：2017-12-29 22:10

本文关键词：核塌缩型超新星及其中微子驱动的星风　出处：《中国科学技术大学》2011年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：超新星和相关核合成研究是当今天体物理的前沿课题之一。本文主要研究核塌缩型超新星爆发过程和中微子驱动的星风动力学。本文综述了超新星的基本特征和核塌缩型超新星的爆发机制。为了讨论强大中微子流的来源,组分夸克质量模型被应用于超新星核区中两味夸克物质到更稳定的三味夸克物质相变。结果发现,组分夸克质量模型适用于描述超新星核心区的相变,相变能明显提高核心温度,中微子的数量和能量,从而有助于提高超新星爆炸成功的概率。SN2006gy是近年观测到的一颗奇特的核塌缩型超新星,我们特别介绍了它的研究进展。中微子驱动的星风是快中子俘获元素诞生的主要候选场所。我们在第二部分首先介绍了重元素核合成的基础理论和进展(包括s过程、r过程和p过程),然后对中微子驱动的星风动力学和核合成发展历程和最新进展做了详细论述。我们采用Rauscher等改进的核配分函数重新计算核塌缩型超新星环境中的核统计平衡(NSE),结果表明改进的核配分函数引起核素丰度轻微变化,但并没有之前预计的那么重要。基于一维的数值模拟程序、WW15M⊙前身星模型和我们提出的计算电子屏蔽效应的方法,模拟了核塌缩型超新星坍缩、反弹过程。结果表明,电子屏蔽的影响是明显的。在塌缩阶段,电子屏蔽使电子俘获率下降、塌缩时间延长,并影响外核的塌缩进程。我们给出对中微子能量和反弹激波能量的详细分析。至今严格的数值模拟不能产生成功的超新星爆发。我们通过对激波形成阶段压强梯度的人为调节,得到了WW15M⊙模型的瞬时爆发,然后分析了该爆发过程中内星核多种对流过程(包括R-T对流,轻子驱动的对流,负熵梯度驱动的对流)。结果表明强大的对流使得核心区的能量迅速传递给激波。质子、中子、正负电子以及辐射场组成的混合气体,简称npe±气体,我们研究了在有或者无外部中微子流时npe~±气体的稳态平衡条件,得到了在高温下(T10~9K)描述稳态平衡的一般化学势平衡方程μ_n =μ_p+Cμ_e。当中微子和反中微子透明时,我们给出了系数C的拟合解析表达式。应用化学势平衡条件来估算处于稳态平衡npe~±气体的电子丰度是一个简单而有效的方法。例如,我们把这个方法应用到GRB吸积盘中,可以证实当吸积率较低时吸积盘内区近似处于稳态平衡;对于存在外部中微子流的情况,基于初始中子星模型M15-11-r1,我们计算了中微子驱动星风中的初始电子丰度。结果表明,相对于原来的平衡条件μ_n =μ_p+μ_e的计算结果而言,当反弹后时间小于5秒时,改进的平衡条件明显降低电子丰度,所得结论对星风核合成研究有积极意义。基于牛顿的流体动力学方程组,我们讨论了三种不同物态方程(I.严格物态方程;II.忽略简并参数;III.忽略气体压强)对初生中子星风动力学的影响。结果发现,忽略简并参数的物态方程是个很好的近似;忽略气体压强的物态方程会明显地降低星风的密度、温度,提高速度和核子熵,但电子丰度几乎不会改变。同时星风物质溢出率、动力学时标等影响核合成的重要参量都有明显的改变。对典型中子星模型,我们还发现在中微子光度为8×10~(51)erg s~(-1)时,星风是富中子的,采用不同的物态方程可能使诞生的快中子俘获元素平均的质量数最大相差6;在中微子光度为1×10~(51)erg s~(-1)时,星风是富质子的,质子俘获核素的相对丰度相差一倍,因此选择合适的物态方程是极为重要的。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P145.3

【参考文献】