Ia型超新星爆炸对其非简并伴星冲击的数值模拟研究

发布时间：2017-12-08 21:27

  本文关键词：Ia型超新星爆炸对其非简并伴星冲击的数值模拟研究

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【摘要】：Ia型超新星研究（SNe Ia）是二十一世纪天体物理学研究和基础物理研究最前沿的课题之一。通过其峰值光度和光变曲线形状之间存在的经验关系定标，Ia型超新星可以作为测量宇宙学距离最可靠“距离指示器”之一。Ia型超新星测距发现了宇宙在加速膨胀，从而推论出暗能量的存在。这不但是天文学，也是整个物理学的重要发现。然而，Ia型超新星的前身星以及其爆炸的具体物理机制仍然不清楚。 目前，人们普遍认为Ia型超新星是双星系统中的碳氧白矮星从其非简并（单简并模型，SD）或者简并伴星（双简并模型，DD）吸积物质从而引发的热核爆炸。SD和DD模型，最大的区别之一是SD模型预言了Ia型超新星爆炸后存在残留伴星，然而DD模型则没有。因此，在Ia型超新星爆炸后的遗迹中搜寻残留伴星是区别和证认SD模型和DD模型的一种有效方法。在本文中，基于SD前身星模型，我们采用“光滑粒子流体动力学（SPH）方法”对Ia型超新星爆炸对其伴星的冲击进行了三维流体动力学模拟，详细地研究了Ia型超新星爆炸抛射物和伴星之间的相互作用，给出了Ia型超新星爆炸冲击后残留伴星的特殊性质和对应的可观测量。在本文的第一章，我们介绍了超新星的研究历史、分类以及本工作的主要目标。接着，我们对Ia型超新星的光变曲线、光谱等观测特征以及Ia型超新星不同的前身星模型（SD和DD模型）和爆炸模型（钱德拉塞卡、亚钱德拉塞卡和超钱德拉塞卡模型）做了详细地介绍。本工作中所采用的研究方法及模拟程序在本文的第三章中进行了具体地描述。最后，我们对本论文的主要研究工作做了详细地介绍。通过本工作的研究，我们取得主要的研究成果有： （1）基于WD+MS前身星模型，通过详细的双星演化过程，我们得到了比早期工作更为真实的初始伴星模型。我们的数值模拟得到SN Ia爆炸冲击可以从其伴星剥离大于0.1M⊙的富氢物质。同时，SN Ia冲击可以使主序伴星获得50 105km s1的冲击速度。另外，我们发现伴星的致密程度和双星的轨道间距是影响被剥离的伴星物质的质量和伴星获得的冲击速度的最主要因素。但是，SN Ia爆发时伴星所处的演化状态同样很重要。在我们的模拟中，被剥离的伴星的富氢物质的质量（0.1M⊙）远大于目前给出的在SN Ia星云光谱中可以探测剥离氢的质量下限（0.01M⊙），这暗示在SD SN Ia星云光谱中可能会探测到氢谱线的特征。 （2）通过考虑伴星的轨道运动和自转的影响，我们得到伴星的转动不能有效地影响被剥离的伴星物质的多少和伴星获得的冲击速度的大小。但是，SN Ia爆炸可以从其富氢主序伴星剥离14% 23%的初始伴星质量，从而带走伴星55% 89%的初始转动角动量。同时，由于受到SN Ia爆炸抛射物的冲击加热，伴星极度地膨胀。所以，在SN Ia爆炸后，伴星的旋转速度被有效地减小为其初始值的14% 32%。 （3）与目前观测得到的Tycho G的旋转速度～6kms1相比较，我们的模拟给出的残留伴星的旋转速度至少是Tycho G旋转速度的两倍多。但是，我们并不能通过Tycho G很小的旋转速度来排除其作为SN Ia残留伴星候选体的可能性。进一步地，采用WD+MS模型的大样本计算结果，我们给出了SN Ia爆炸后残留伴星旋转速度的大样本分布情况。这将给在SN Ia遗迹中证认残留伴星提供非常重要的理论依据。 （4）基于WD+HE钱德拉塞卡爆炸模型，流体动力学模拟得到SN Ia的冲击只从氦伴星表面剥离了其2% 5%的物质。但是，SN Ia爆炸抛射物中的重元素可以有效地污染伴星表面，使得残留伴星呈现出重元素增丰特征。这为观测上证认WD+HE模型中的残留伴星提供了一种潜在的方法。另外，我们预言在SN Ia爆炸后，富氦残留伴星具有很高的空间速度且在快速地旋转，应该很容易被观测所证认。 （5）采用钱德拉塞卡质量白矮星的纯爆燃波模型，我们对SN Ia爆炸对其主序伴星的冲击进行了三维流体动力学模拟。我们发现由于纯爆燃波模型产生了较低的总能量，SN Ia冲击只能从富氢主序伴星的表面剥离很小质量的氢（0.01M⊙），这与目前给出的在正常SN Ia星云光谱探测不到氢谱线特征的质量范围（0.01M⊙）是一致的。因此，我们预言在SN2002cx-like SN Ia星云光谱中应该没有氢谱线的呈现。这也许可以解释目前在单简并SN Ia星云光谱中没有探测到氢谱线的事实。 通过本工作的研究，我们为观测上在超新星遗迹中搜寻和证认Ia型超新星残留伴星提供了可靠的预言和理论依据，，这也为从观测上限制Ia型超新星的前身星模型提供了非常重要的帮助。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（云南天文台）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P145.3

【共引文献】

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1 LI ZhengXiang;WU PuXun;YU HongWei;ZHU ZongHong;;A possible resolution of tension between Planck and Type Ia supernova observations[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2014年02期

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1 李彦;物态方程对铁核坍缩型超新星爆发的影响[D];广西师范大学;2013年

本文编号：1267914