Nucleosynthesis of 56Ni in wind-driven Supernova Explosions and Constraints on the Central Engine of Gamma-Ray Bursts
Keiichi Maeda, Nozomu Tominaga
备注：
10 pages, 5 figures. Accepted for publication in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. The resolution of figures is lower than the original, accepted version
理论上预期的性质的超新星驱动的风/喷流进行了讨论。近似的解析公式推导出明确的基本物理过程中所涉及的风/射流驱动爆炸，它表明，爆炸性能的特征在于能量注入率（Edot_iso）和质量注入率（Mdot_iso）。为了解释与伽马射线暴（GRB）980425相关的SN 1998 bw观测结果，需要满足以下条件：Edot_iso Mdot_iso>~10 ^{51} erg M_sun s ^{-2}和Edot_iso>~2 x 10 ^{52} erg s ^{-1}（如果风洛伦兹因子Gamma_w~1）或Edot_iso>~7 x 10 ^{52} erg s ^{-1}（如果Gamma_w>> 1）。在SN 1998bw中，~（56）Ni（~0.4M_sun）可能产生于受冲击的恒星地幔，而不是风。SNe的预期性质，例如，喷出的56Ni质量和喷出物质量根据Edot_iso和Mdot_iso而变化。SN性质从高Edot_iso和Mdot_iso到低Edot_iso和Mdot_iso的顺序如下：SN 1998bw--中等情况--低质量喷出物（<~1M_sun $），其中56Ni来自风--整体塌陷。这种多样性可以解释与伽玛暴相关的超新星的多样性。我们的结果可以用来约束风/喷流的性质，这是联系在一起的中央引擎的伽玛暴，通过研究相关的超新星的属性。
英文摘要：
Theoretically expected natures of a supernova driven by a wind/jet are discussed. Approximate analytical formulations are derived to clarify basic physical processes involved in the wind/jet-driven explosions, and it is shown that the explosion properties are characterized by the energy injection rate (Edot_iso) and the mass injection rate (Mdot_iso). To explain observations of SN 1998bw associated with Gamma-Ray Burst (GRB) 980425, the following conditions are required: Edot_iso Mdot_iso > ~ 10^{51} erg M_sun s^{-2} and Edot_iso > ~ 2 x 10^{52} erg s^{-1} (if the wind Lorentz factor Gamma_w ~ 1) or Edot_iso > ~ 7 x 10^{52} erg s^{-1} (if Gamma_w >> 1). In SN 1998bw, 56Ni (~ 0.4M_sun) is probably produced in the shocked stellar mantle, not in the wind. The expected natures of SNe, e.g., ejected 56Ni masses and ejecta masses, vary depending on Edot_iso and Mdot_iso. The sequence of the SN properties from high Edot_iso and Mdot_iso to low Edot_iso and Mdot_iso is the following: SN 1998bw-like -- intermediate case -- low mass ejecta (< ~ 1M_sun$) where 56Ni is from the wind -- whole collapse. This diversity may explain the diversity of supernovae associated with GRBs. Our result can be used to constrain natures of the wind/jet, which is linked to the central engine of GRBs, by studying properties of the associated supernovae.
PUSHing core-collapse supernovae to explosions in spherical symmetry V: Equation of state dependency of explosion properties, nucleosynthesis yields, and compact remnants
在本系列的第五篇论文中，我们使用参数化的球对称爆炸方法PUSH来研究八种不同的核状态方程（EOS）的影响。我们提出并讨论了爆炸性质和详细的核合成产额，并预测了所有模拟的残余物（中子星或黑洞）。为此，我们进行了两组模拟。第一，使用SFHo状态方程对11至40 M $_{\odot}$的非旋转恒星在三种不同金属丰度下进行了完整的研究。第二，一套模拟的四个祖先（16 M $_{\odot}$在三个金属丰度和25 M $_{\odot}$在太阳金属丰度）为八个不同的核EOS。我们比较我们预测的爆炸能量和产量观察到的超新星和贫金属恒星HD~84937。我们发现爆炸性质和核合成产率的EOS依赖的差异。然而，与观察结果相比，这些差异还不足以排除本工作中考虑的任何EOS。
PUSHing Core-Collapse Supernovae to Explosions in Spherical Symmetry III: Nucleosynthesis Yields
在先前提出的原理验证研究中，我们建立了一个参数化的球对称爆炸方法（PUSH），可以再现各种爆炸前模型的核心坍缩超新星的许多特征。该方法是基于中微子驱动的机制，遵循崩溃，反弹和爆炸。我们的核合成预测模型有两个关键方面。首先，质量削减和爆炸能量同时出现在模拟中（确定每个恒星模型的铁族喷出物的数量）。第二，中微子和物质之间的相互作用被一致地包括在内（设置最里面的喷射物的电子分数）。在本文中，我们使用Ebinger等人（2018）成功的爆炸模型，其中包括两套太阳金属丰度的爆炸前模型，组合质量在10.8和120 M $_{\odot}$之间。我们进行系统的核合成研究，并预测详细的同位素产量。由此产生的$^{56}$镍喷出物是在总体上与正常的核心坍缩超新星的观测值。铁组产额也与贫金属恒星HD84937的丰度一致。我们还提出了一个比较我们的结果与观测趋势的α元素铁的比例。
PUSHing core-collapse supernovae to explosions in spherical symmetry IV: Explodability, remnant properties and nucleosynthesis yields of low metallicity stars
在本系列的第四篇论文中，我们使用参数化的球对称爆炸方法PUSH对两组非旋转恒星祖先模型进行了系统的研究。我们的研究包括爆炸前的模型与金属丰度Z=0和Z=Z $_{\odot}\times 10^{-4}$和覆盖的祖质量范围从11到75 M $_\odot$。我们提出并讨论了所有模型的爆炸性质，并预测在这种方法内的残余物（中子星或黑洞）的质量分布。我们还进行了系统的核合成研究，并预测详细的同位素产量作为祖质量和金属丰度的函数。我们提出了我们的核合成结果与观测派生的$^{56}$镍喷出物从正常的核心坍缩超新星和铁族丰度的贫金属星HD~84937的比较。总的来说，我们的爆炸能量，剩余质量分布，$^{56}$镍质量，和铁组产率的结果是一致的正常CCSNe的观察。我们发现，在低和零金属丰度的恒星祖先更容易BH的形成比那些在太阳的金属丰度，这允许在LIGO/VIRGO观察到的质量范围内的BH的形成。
Progenitors and Explosion Properties of Supernova Remnants Hosting Central Compact Objects: II. A Global Systematic Study with a Comparison to Nucleosynthesis Models
Nucleosynthesis in Two-Dimensional Delayed Detonation Models of Type Ia Supernova Explosions
通过对Ia型超新星（SNe Ia）三种极端情况的二维爆炸模拟，探讨了不同爆炸机制的核合成特征：纯湍流爆燃、初始爆燃近似球形点火后的延迟爆轰和高度非对称爆燃点火后的延迟爆轰.除了这个初始条件，爆燃阶段被视为在一个无参数的方法。当湍流燃烧进入分布燃烧区时，爆震开始。这发生在密度约$10^{7}$ g cm $^{-3}$ -相对较低，相比现有的核合成研究一维球对称模型。这些多维模型中的燃烧不同于一维模型中的燃烧，因为爆轰波既传播到白矮星中心附近的高密度区中的未燃烧物质，又传播到表面附近的低密度区。因此，所得到的产物是不同爆炸燃烧产物的混合物，从低密度的碳燃烧产物到最高密度的完全硅燃烧产物，以及在爆燃阶段合成的电子捕获产物。与爆燃模型相反，延迟爆轰产生一种特征性的层状结构，其产率在很大程度上满足银河系化学演化的约束。在非对称延迟爆轰模型中，填充有电子捕获物质（例如，$^{58}$ Ni，$^{54}$ Fe）在壳内，显示出大的偏移，高于$^{56}$ Ni分布的主体，而由爆炸产生的物质分布得更球形（简化）。
Explosion and nucleosynthesis of low redshift pair instability supernovae
最近的观测和恒星演化模型都表明，在本宇宙中可能发生对不稳定超新星（PISNe），其金属丰度低于Z_Sun/3。以前的PISN模型大多是在早期宇宙的背景下在非常低的金属丰度下产生的。我们提出了新的PISNe模型在Z=0.001的金属丰度，这是相关的本地宇宙。我们采用Langer et al.（2007）提出的初始质量为150和250太阳质量、金属丰度为Z=0.001的对不稳定祖先的自洽恒星演化模型，并使用包含200种同位素的广泛核网络的流体力学恒星演化代码，跟踪这些模型在超新星爆炸中的演化。两种模型都以PISNe的形式爆炸，而不会留下致密的恒星残骸。我们的模型产生的核合成模式，一般是类似于人口III PISN模型，其主要特点是生产大量的α-元素和强烈缺乏的奇数电荷的元素。然而，我们模型中的奇偶效应明显弱于人口III模型中的奇偶效应。与核心坍缩超新星在类似的金属丰度（Z=0.002）的核合成产率的比较表明，PISNe可能强烈影响Z=0.002以下的化学演化，假设一个标准的初始质量函数。奇偶效应预计是最突出的硅和钙之间的中间质量元素。随着未来对星族II恒星化学丰度的观测，我们的结果可以用来限制我们银河系过去演化过程中发生的PISNe的数量。
Nucleosynthesis of Pop III and Fe-enriched Pop II Pair-Instability Supernovae
Beijing Normal University（北京师范大学）；The University of Tokyo（东京大学）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung（德国重离子研究中心）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
International Centre of Supernovae (ICESUN), Yunnan Key Laboratory of Supernova Research, Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院云南天文台）；Center for Exotic Nuclear Studies, Institute for Basic Science（基础科学研究院）
Hydrodynamics and Nucleosynthesis of Jet-Driven Supernovae II: Comparisons with Abundances of Extremely Metal-Poor Galaxies and Constraints on Supernova Progenitors
PUSHing Core-Collapse Supernovae to Explosions in Spherical Symmetry II: Explodability and Global Properties
在先前提出的原理验证研究中，我们建立了一个参数化的球对称爆炸方法（PUSH），可以再现核心坍缩超新星的许多特征。本文超越了能够再现SN 1987 A的观测性质的具体应用，对一组广泛的非旋转、太阳金属丰度恒星祖先模型的爆炸性质进行了系统的研究，这些模型的质量范围从10.8到120 M $_\odot$，其中包括作为大质量恒星坍缩的最终结果的从中子星到黑洞的转变，以及后者与超新星和微弱/失败的超新星的关系。本文件提供了扩展的核合成预测的基础上，即将在星系演化模型中使用的文件。
