Around the Pair Instability Valley - Massive SN Progenitors
超新星SN 2006 gy的发现,可能被解释为一对不稳定超新星,重新引起了人们对超大质量恒星的兴趣。我们探讨这些对象的演变,结束了他们的生活对不稳定超新星或核心坍缩超新星相对大规模的铁核心,约$3 M_\odot$。
2008-05-26 astro-ph
Screw Instability of Magnetic Field and Gamma-Ray Bursts in Type Ib/C Supernovae
考虑黑洞磁层中磁场螺旋不稳定性的影响,讨论了伽马射线暴超新星(GRB-SNe)的一个玩具模型. Blandford-Znajek(BZ)工艺(以下简称SIBZ)中的螺旋不稳定性可以与磁耦合(MC)工艺(以下简称SIMC)中的螺旋不稳定性共存。结果表明,SIBZ和SIMC都不可避免地发生,前提是以下参数大于某些临界值,即,(i)BH自旋,(ii)幂律指数描述的磁场在磁盘上,和(iii)垂直高度的天体物理负载以上的赤道平面的旋转BH。几个伽玛暴的特征是很好的拟合。在我们的模型中,长伽玛暴的持续时间依赖于半张角的演化时间。一小部分能量通过BZ过程从BH中提取,为GRB提供动力,而大部分能量通过MC过程从BH中提取,为相关的超新星提供动力。此外,伽玛暴光变曲线中几十毫秒的变化时间尺度可以用两次连续的SIBZ耀斑来拟合。
2006-01-31 astro-ph
Direct Numerical Simulations of Type Ia Supernovae Flames I: The Landau-Darrieus Instability
平面火焰在开域中由于燃烧前沿的热膨胀而本质上是不稳定的--Landau-Darrieus不稳定性。这种不稳定性导致火焰表面的扭曲和增长,以及相应的火焰加速,直到它通过尖点形成而稳定。我们期待在C/O热核火焰的朗道-达里厄不稳定性的条件相关的Ia型超新星爆炸的后期阶段。本文采用低马赫数流体动力学程序对单模态和多模态扰动进行了二维直接数值模拟。我们显示的不稳定性对火焰速度的影响作为密度和域的大小的函数,证明存在的小规模截止的不稳定性的增长,并寻找建议的故障的非线性稳定在低密度。曲率对火焰的影响通过测量增长率和计算相应的Markstein数来量化。虽然观测到了百分之几的加速,但它们太小了,不会对超新星爆炸产生任何直接影响。
2004-01-16 astro-ph
Semi-global simulations of the magneto-rotational instability in core collapse supernovae
核心坍缩超新星中磁场的可能效应依赖于坍缩前弱磁场的有效放大。磁旋转不稳定性(MRI)导致磁场快速增长。虽然磁共振成像研究存在的吸积盘,其结果的应用到核心坍缩超新星是抑制,因为超新星核心的物理是从吸积盘有很大的不同。我们解决的问题的增长和饱和的MRI通过半全球的模拟,它结合了全球和本地的模拟元素,考虑到全球背景梯度的存在,并使用本地的计算网格。我们分析的分散关系的MRI,以确定不同的制度的不稳定性。这种分析是补充模拟,在那里我们考虑一个本地的计算框子开普勒速度旋转,并允许径向熵梯度。我们确定了六个制度的MRI的熵和角速度梯度的比率。我们的数值模型证实了所有相关制度的不稳定性标准和增长率。MRI在毫秒内呈指数增长,流动和磁场几何形状由通道流动主导。一旦通道被电阻不稳定性破坏(由于有限的数值电导率),MRI生长停止,并且MHD湍流开始。从电阻不稳定性的增长率的分析,我们推导出的MRI的终止振幅与我们的数值模型一致的标度律。我们确定的相干流结构在饱和状态下的模拟箱的纵横比的发展的依赖性。[删节]
2009-03-17 astro-ph
Direct Numerical Simulations of Type Ia Supernovae Flames II: The Rayleigh-Taylor Instability
Ia型超新星爆炸可能始于碳氧白矮星中心附近的核失控。向外传播的火焰对于Landau-Darrieus、Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz不稳定性是不稳定的,这些不稳定性用于将火焰加速到声速的很大一部分。我们调查的瑞利-泰勒不稳定火焰在过渡的小火焰制度的分布燃烧制度,周围的密度为$10^7$ g/cc,通过详细的,完全解决的模拟。低马赫数、自适应网格流体动力学代码用于实现必要的分辨率和长时间尺度。随着密度的变化,我们看到燃烧特性的根本变化--在密度范围的低端,瑞利-泰勒不稳定性主导燃烧,而在高端,燃烧抑制不稳定性。在所有情况下,观察到的火焰显着加速,仅限于我们能够研究的域的大小。我们讨论了这些结果的潜在的爆燃爆震过渡的影响。
2004-01-13 astro-ph
Effects of Rotation on Standing Accretion Shock Instability in Nonlinear Phase for Core-Collapse Supernovae
通过三维流体力学模拟,研究了旋转对静止吸积激波不稳定性(SASI)的影响。考虑到实际的物态方程和中微子的加热/冷却,我们制备了一个球对称的、稳定的吸积流,通过驻激波作用于原中子星(PNS)。当SASI进入非线性阶段时,我们对从铁核外边界平流的流施加均匀旋转,其特定角动量被假定为与最近的恒星演化模型一致。利用空间上的球谐函数和时间上的傅里叶分解,我们对非球形变形激波进行了模态分析,观察了非线性相位中旋转对SASI的影响。我们发现,旋转施加在轴对称SASI没有任何螺旋模式,几乎没有影响晃动模式,除了稳态l=2,m=0模式。与此相反,施加在非轴对称流的旋转增加了螺旋模式的振幅,使一些螺旋流吸积的PNS更清楚地形成内的冲击波比没有旋转。螺旋波振幅随旋转方向的增加而显著增加。
2008-11-05 astro-ph
Pair-Instability Supernovae, Gravity Waves, and Gamma-Ray Transients
越来越多的理论证据表明,第一代恒星的质量可能相当大(约100-300个太阳质量)。如果它们保持高质量直到死亡,这些恒星将在大约300万年后形成对不稳定的超新星。我们考虑两个零金属丰度恒星的250和300太阳质量的完整演化。爆炸性的氧和硅燃烧导致130太阳质量的氦核心爆炸,但爆炸性燃烧无法驱动300太阳质量的恒星爆炸,它坍缩成一个黑洞。对于这颗恒星,在前超新星模型中计算出的角动量足以延迟黑洞的形成,恒星最初形成了一个50个太阳质量,1000公里的核心,中微子被困在其中。虽然恒星不会变得动态不稳定,但计算出的长期旋转不稳定性的增长时间比黑洞形成时间短,并且这种不稳定性可能会发展。我们估计了在这次坍缩过程中发射的引力波的能量和振幅。黑洞形成后,吸积继续通过一个磁盘。虽然这个圆盘太大太冷,无法通过中微子湮灭有效地将能量传输到旋转轴,但它有足够的势能在磁场的驱动下产生1 e 54 erg的喷流。这种喷流与周围星周气体的相互作用可能会产生高能伽马射线瞬变,但考虑到红移和时间尺度,这可能不是典型伽马射线暴的模型。
2000-07-13 astro-ph
The most massive core collapse supernova progenitors
超新星SN 2006gy的发现,可能被解释为一对不稳定超新星,重新引起了人们对超大质量恒星的兴趣。我们探讨这些对象的演变,结束了他们的生活对不稳定超新星或核心坍缩超新星相对大规模的铁核心,约$3 M_\odot$。
2008-06-26 astro-ph
The Spherical Accretion Shock Instability in the Linear Regime
我们使用时间相关的,轴对称的,流体动力学模拟研究的线性稳定性的停滞,球形吸积冲击,出现在反弹阶段的核心坍缩超新星。我们表明,这种吸积冲击是稳定的径向模式,与Houck和Chevalier的线性稳定性分析密切一致的衰减率和振荡频率。对于非球形扰动,我们发现,l=1模式总是不稳定的适当的核心坍缩超新星的参数。我们还发现,l=2模式是不稳定的,但通常具有小于l=1的增长率。此外,l=1模式是唯一的模式过渡到一个非线性阶段,在我们的模拟。这一结果提供了一个可能的解释,在许多核心坍缩超新星的二维模拟中看到的l=1的“晃动”模式的主导地位。
2005-07-07 astro-ph
Gravitational Radiation from Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae
我们提出的数值实验的结果,我们在其中研究的非球面性的增长引起的站立吸积激波不稳定性(SASI)的核心坍缩超新星的后反弹阶段产生的引力波形。为了获得中微子驱动的爆炸,我们参数化的中微子通量从中央质子中子星发射和近似的中微子转移的灯泡计划。我们发现,由于各向异性中微子发射的波形表现出随时间的单调增加,其振幅是两个数量级大于从质子中子星外的对流物质运动。我们指出,当SASI的增长进入非线性阶段时,振幅开始变大,在非线性阶段中,激波的形变和中微子的各向异性变大。从波形的频谱分析中,我们发现在低于$\sim 100$ Hz的频率下,中微子的振幅比物质运动的振幅占优势,这表明在下一代探测器如LCGT和先进的LIGO对10 kpc超新星的探测范围内。作为对引力波背景的贡献,我们表明,在高于$\sim$ 1 Hz的频率下,来自该源的振幅可能比原始引力波背景更大,但不幸的是,对拟议的天基探测器不可见。
2006-09-22 astro-ph
Analytic Approach to the Stability of Standing Accretion Shocks: Application to Core-Collapse Supernovae
我们探讨了一个分析模型的吸积激波后反弹阶段的核心坍缩超新星爆炸。我们发现增长振荡的冲击在l=1和l=2模式,与现有的各种数值模拟。对于适度的值的外吸积激波的内边界的激波流的比例,不稳定性似乎来自于被困声波的增长,而在较高的值,激波后平流显然发挥了作用。因此,这里描述的模型可能与最近由Blondin和Mezzacappa以及Foglizzo及其合作者提出的不同的不稳定机制有关。
2007-01-09 astro-ph
Turbulence and particle acceleration in collisionless supernovae remnant shocks: I-Anisotropic spectra solutions
本文研究了加速宇宙射线流在冲击波前驱体中激发的MHD湍流的性质。两个公认的制度(非共振和共振)的流不稳定性考虑在内。我们表明,非共振不稳定性是非常有效的,通过其增长和非线性传输之间的平衡饱和。然后宇宙射线共振不稳定性接管并被通过激波的平流淬灭。如果激波速度$V_{\rm sh}$大于$ξ_{\rm CR} c$的几倍,则湍流水平由非共振区决定,其中$ξ_{\rm CR}$是宇宙射线压力与激波动能的比值。这种不稳定性决定了谱与$k_\parallel$(沿激波法线的波数)的相关性。Alfvén波的横向级联同时决定了$k_{\perp}$的依赖性。我们还研究了前向波和后向波之间湍流能量的重新分配,这是通过两个阿尔文波和一个慢磁声波的相互作用而发生的。最后发现最长波长处的光谱几乎与$k_{\parallel}^{-1}$成正比。下游,各向异性通过激波交叉处的压缩而进一步增强。
2006-03-17 astro-ph
Non-stationary Rayleigh-Taylor instability in supernovae ejecta
Rayleigh-Taylor不稳定性在许多天体的动力学,特别是超新星演化中起着重要的作用。在本文中,我们发展了一种分析方法,研究了球形膨胀的SN喷出物的稳定性分析,通过使用一个特殊的变换,在共同移动的坐标系。本文首先研究了中心源压力作用下气体壳层的非定常球膨胀。然后,我们分析了它的稳定性相对于一个非径向,非球对称扰动的外壳。我们考虑的情况下,多方常数的SN壳是$γ=5/3$,我们研究的任意壳扰动的演变。导出了色散关系。发现扰动的增长率,并讨论其时空演化。稳定域取决于喷出物壳的厚度,它的加速度,和扰动波长。
2005-10-04 astro-ph physics.class-ph physics.plasm-ph
Three-Dimensional Simulations of Standing Accretion Shock Instability in Core-Collapse Supernovae
我们已经研究了非轴对称的站立吸积激波不稳定性,或SASI,通过三维流体动力学模拟。这是我们以前对轴对称SASI研究的一个扩展。考虑到真实的状态方程和中微子的加热和冷却,我们制备了一个球对称的、稳定的吸积流,通过驻激波作用于原中子星。这个未受扰动的模型被认为近似代表了核心坍缩超新星的典型反弹后阶段。然后,我们增加了一个小的扰动(~1%)的径向速度和计算随后的演变。不仅轴对称,但非轴对称扰动也被施加。我们已经应用模式分析的非球形变形的激波表面,使用球谐函数。我们发现:(1)SASI的增长率与球谐函数Y_l^m的方位角指数m有关,这与在球对称背景下所预期的一样;(2)对于轴对称扰动,非线性模耦合只产生m=0模,而m= 1!根据二次耦合的选择规则,在非轴对称情况下也产生0模式,(3)由于大量模式对3D中的湍流有贡献,因此3D中每个模式的非线性饱和水平通常低于2D,(4)低l模式在非线性相位中占主导地位,(5)在非线性相位中,不同的m模式之间几乎建立了均分,(6)关于l的谱服从幂律,对于3D,斜率稍陡,(7)尽管这些特征在模拟结束时有激波复活和无激波复活的模型中是共同的,但在有激波复活的模型中,低l模的优势更为显著。
2007-10-11 astro-ph
Turbulence in the Interstellar Medium: Energetics and Driving Mechanisms
在没有持续能量输入的情况下,星际湍流预计会迅速消散。我研究的能量可用于驱动湍流从六个可能的机制:磁旋转不稳定性,引力不稳定性,原恒星外流,H II区域膨胀,恒星风,超新星。我的结论是,超新星贡献的能量远远超过其他机制,因此形成了最有可能的驱动机制。
2002-11-27 astro-ph
Neutrino-driven convection versus advection in core collapse supernovae
一个玩具模型进行了分析,以评估的线性稳定性的增益区后立即停滞吸积冲击,核心反弹。这个模型表明,负熵梯度不足以保证线性不稳定性。稳定性准则由通过增益区的平流时间除以浮力的局部时间尺度的比率χ决定。如果χ< 3,则增益区域线性稳定。在χ \gg 3的极限下,经典对流不稳定得到恢复.对于χ>3,扰动在以增益区的垂直尺寸H的两倍为中心的有限水平波长范围内是不稳定的。阈值水平波数k_{min}和k_{max}遵循简单的缩放定律,例如Hk_{min} \propto 1/χ和Hk_{max} \propto χ。本文讨论了球形吸积中l=1模的对流稳定性与核塌缩超新星非对称爆炸的关系。长波长扰动的平流稳定减弱了对流单独对全球l=1模式的可能影响。
2006-08-24 astro-ph
Stability of Standing Accretion Shocks, With an Eye Toward Core Collapse Supernovae
我们研究的稳定性,球形吸积冲击。吸积冲击出现在核心坍缩超新星(本文的重点),恒星形成,吸积白矮星和中子星。我们提出了一个简单的分析模型,并使用随时间变化的流体动力学模拟表明,这种解决方案是稳定的径向扰动。在两个维度上,我们表明,小扰动的球形激波前可以导致快速增长的湍流后面的冲击,驱动的涡量从现在的非球形激波的注射。我们讨论的后果,这种不稳定性可能有超新星机制。
2002-10-29 astro-ph
The Interaction of Type Ia Supernovae with their Surroundings: The Exponential profile in 2D
利用二维流体动力学数值模拟研究了Ia型超新星在周围介质中的演化。根据Dwarkadas和Chevalier(1998年)的工作,喷出物被假定为指数密度分布。还考虑了由母星或伴星质量损失形成的星周(CS)区域的情况。发现减速接触不连续性是Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定的,正如预期的那样,并详细研究了两种情况下不稳定性的性质:1)恒定密度的环境介质,2)密度为r^{-2}的CS介质。在这两种情况下的不稳定性的性质是不同的。在CS介质的情况下,不稳定性得到更好的解决,并且可以看到类似分形的结构。在恒定密度介质的情况下,生长的程度较小,并且发现R-T指状物受限于指状物尖端处的开尔文-亥姆霍兹蘑菇帽的存在。不稳定区域离反向激波足够远,使得后者不受相互作用区域中发生的混合的影响。相反,在CS介质的情况下,反向冲击被发现是由于不稳定性的形成而波纹。在这两种情况下,外激波阵面都不受影响。这些结果与Chevalier、Blondin和Emmering(1992年)对幂律喷出物剖面进行的类似研究一致。我们的研究结果,然后适用于第谷的超新星遗迹。
2000-08-04 astro-ph
Nucleosynthesis of Zinc and Iron-Peak Elements in Pop III Type II Supernovae : Comparison with abundances of Very Metal-Poor Halo Stars
我们计算了大质量Pop III星的核心坍缩爆炸的核合成,并将结果与贫金属晕星的丰度进行比较,以约束Pop III超新星的参数。我们专注于铁峰元素,特别是,我们试图重现大[Zn/Fe]观察到的极端贫金属恒星。观察到的比值[Zn,Co,Mn,Cr,V/Fe]的有趣趋势与超新星喷出物中完全和不完全Si燃烧区的相对质量的变化有关。我们发现,[Zn/Fe]是更大的更深的质量削减,更小的中子过剩,和更大的爆炸能量。在贫金属晕星中观察到的大[Zn/Fe]和[O/Fe]表明完全Si燃烧物质的深度混合和II型超新星中大量的回落。此外,需要大的爆炸能量(对于M ~ 13 Msun,E_51>~ 2;对于M >~ 20 Msun,E_51 >~ 20)来再现[Zn/Fe] ~ 0.5。观测到的铁峰元素丰度比的趋势,更好地解释了这种高能量("超新星“)模型,而不是简单的”深“质量削减效应,因为镍的过剩可以避免在超新星模型。我们还给出了M = 130 - 300 Msun星的对不稳定超新星爆炸的产额,并讨论了对不稳定超新星不能解释非常贫金属星的丰度特征。
2001-12-08 astro-ph
Supernovae in Molecular Clouds
超新星预计会发生在大质量祖星诞生的分子物质附近,除非来自祖星及其邻居的光致电离辐射和风已经清除了一个区域。分子云中的团簇结构对残余物的演化至关重要;超新星激波阵面在团簇间介质中可以变成辐射性的,然后辐射壳层与分子团簇碰撞。这种相互作用与若干现象有关:磁支撑的致密壳层与分子团相互作用的流体动力学;激波的分子发射,包括OH 1720 MHz脉泽线的产生;致密辐射壳层的相对论粒子发射,包括无线电同步加速器和伽马射线发射;以及压缩团可能的引力不稳定性。
2001-02-12 astro-ph
Nucleosynthesis in Black-Hole-Forming Supernovae and Abundance Patterns of Extremely Metal-Poor Stars
质量大于$\sim$ 20 - 25 \ms的恒星在演化结束时会形成一个黑洞。具有非旋转黑洞的恒星可能会“安静地”坍缩,喷出少量的重元素(暗超新星)。相比之下,有旋转黑洞的恒星可能会产生非常活跃的超新星(Hypernovae)。我们提出了这两种类型的“形成黑洞”的超新星不同的核合成功能。超超新星核合成的特征是具有较大的丰度比(Zn,Co,V,Ti)/Fe和较小的丰度比(Mn,Cr)/Fe,这可以解释在极贫金属恒星中观测到的这些比值的趋势。暗超新星中的核合成以大量的回落为特征。我们发现最近发现的最贫铁的恒星,HE 0107 -5240,和其他极端贫金属的富碳恒星的丰度模式是符合的黑洞形成的超新星,但不是对不稳定超新星。这表明形成黑洞的超新星对早期银河系(和宇宙)的化学演化做出了重要贡献。最后,我们讨论了第一(流行III)明星的性质。
2003-06-21 astro-ph