A statistical study of super-luminous supernovae in the magnetar engine model and implications for their connection with gamma-ray bursts and hypernovae
利用磁星引擎模型拟合了31颗超亮超新星的辐射热光变曲线，得到了它们的喷出物质量和磁星参数。SLSN磁星的磁场强度下限可以设定在电子朗道量子化的临界场强$B_{\rm c}$附近。更详细地说，SLSN磁星可以进一步分为两个磁场子类，分别为$\sim(1-5)B_{\rm c}$和$\sim(5-10)B_{\rm c}$。结果表明，这两类磁星与SLSNe的慢演化和快演化的热光变曲线有关。相比之下，在伽马射线暴（GRB）和相关的超新星中的磁星通常被推断具有更高的磁场，其下限约为$\sim10B_{\rm c}$。这有力地表明，磁场在区分SLSNe和伽玛暴/超新星中起着至关重要的作用。SLSN磁星的转动能与超新星喷出物的质量相关，这为探索其祖先的性质提供了线索。此外，SLSNe的喷出物质量分布基本上介于正常的核心坍缩超新星和超新星之间。这可能表明这些不同的恒星爆炸之间存在内在联系。
2017-04-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Nucleosynthetic Yields of Core-Collapse Supernovae, prospects for the Next Generation of Gamma-Ray Astronomy
虽然中微子驱动的对流模型的核心坍缩爆炸机制得到了强有力的支持，在最近几年的爆炸参数仍然有很多不确定性-如爆炸能量，残余质量，和生命终结的恒星丰度作为初始条件。使用一组广泛的球对称的核心崩溃模拟，我们研究这些关键参数对爆炸核合成和最终爆炸产量的影响。通过核合成网格（NuGrid）核网络对ZAMS 15、20和25太阳质量祖先的反弹后温度和密度演化进行后处理，以获得详细的爆炸产额。特别是，这项研究的重点是对下一代伽马射线天文观测特别感兴趣的放射性同位素：43 K，47 Ca，44 Sc，47 Sc，48 V，48 Cr，51 Cr，52 Mn，59 Fe，56 Co，57 Co，57 Ni。这些核素可能是通过探测爆炸发动机参数来加深我们对核心坍缩超新星内部运作的理解的关键。我们发现，作为爆炸能量强指标的同位素是43 K，47 Ca，44 Sc，47 Sc和59 Fe，那些依赖于祖先结构的是48 V，51 Cr和57 Co，而那些既不探测也不探测的是48 Cr，52 Mn，57 Ni和56 Co。我们讨论了在超新星遗迹中观测这些放射性核素的前景。
2019-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Spectral SN-GRB Connection: Systematic Spectral Comparisons between Type Ic Supernovae, and broad-lined Type Ic Supernovae with and without Gamma-Ray Bursts
本文首次系统地研究了17颗Ic型超新星（SNe Ic）、10颗没有观测到伽马射线暴（GRB）的宽线型超新星（SNe Ic-bl）和11颗有GRB的宽线型超新星（SNe Ic-bl）的光谱特性随时间的变化，以探讨它们的爆发条件和前身。我们总共分析了407个光谱，这些光谱来自已发表的单个SNe的光谱以及Modjaz等人（2014）的密集时间采样光谱数据。为了量化SN光谱的多样性作为SN亚型的函数，我们构建了SNe Ic，SNe Ic-bl没有GRB和SNe Ic-bl与GRB的平均光谱。我们发现SN 1994 I不是典型的SN Ic，而SN 1998 bw/GRB 980425的光谱代表了SNe Ic-bl的平均光谱。我们测量喷出物的吸收和宽度的速度，使用这里描述的一种新方法，并发现，SNe Ic-BL与GRB，平均而言，有定量更高的吸收速度，以及更广泛的线宽比SNe没有观察到的GRB。此外，我们寻找SN-GRB的光谱特性和伴随的GRB的能量之间的相关性。最后，我们表明，没有明确的He线在光谱的SNe Ic-BL，特别是SN-GRB，是不是由于他们被太模糊，由于存在于喷出物中的高速度。这意味着SN-GRB的祖先星除了不含H外，可能不含He，这对在观测到的低金属丰度下产生这种SN-GRB祖先星所需的恒星演化路径产生了强烈的约束。
2016-07-29 astro-ph.HE astro-ph.SR
Related progenitor models for long-duration gamma ray bursts and Type Ic superluminous supernovae
我们在质量范围$5\,\rm{M}_{\odot}\dots 100\,\rm{M}_{\odot}$内模拟了快速旋转的沃尔夫-拉叶星的晚期演化和质量损失历史。我们发现，准化学均匀演化的单星计算增强混合保留非常少或没有氦，并与类型\，Ic超新星兼容。在我们的低质量模型中，更有效地去除核心角动量和预期的更小的紧凑物体质量，导致核心自旋在磁星驱动的超亮超新星的范围内。我们的更大规模的模型保留了更大的特定核心角动量，预计长时间的伽马射线暴在银河系的情况。由于没有明显的氦包层，核心氦耗尽后迅速增加的中微子发射导致整个恒星加速收缩，导致强烈的自旋上升，并在核心坍缩前的最后几年到几十年以高达$10^{-2}\,\rm{M}_{\odot}~\rm{yr^{-1}}$的速度离心驱动质量损失。由于我们的低质量模型中的角动量输运增强了包络自旋，因此它们显示了离心强制质量损失的最大相对量，即，高达预期喷出物质量的25%。我们最大的质量模型演化到脉动对不稳定状态。因此，对于喷出物质量低于$\sim 10\,\rm{M}_{\odot}$的~Ic型超亮超新星和喷出物质量高于$\sim 30\,\rm{M}_{\odot}$的最大质量的发动机驱动爆炸，我们可以预期它们与富含C/O的星周介质相互作用的特征。这种相互作用的迹象应该在超新星爆发的早期就可以观察到，并且可能与在超亮超新星的光变曲线中观察到的隆起有关…
2018-04-19 astro-ph.HE astro-ph.SR
Solving the gamma-ray radiative transfer equation for supernovae
提出了一个新的相对论辐射传输程序，计算超新星（SN）喷出物中能量小于5 MeV的$γ$射线。此代码计算不透明度、即时发射率（即衰减）和散射发射率，并求解同向移动帧中的强度。由于SN喷出物的大膨胀速度，我们忽略了与热运动相关的再分布效应。通过散射或光电吸收从辐射场移除的能量来计算能量沉积。这个新的代码产生可比的结果，一个独立的蒙特卡罗代码。然而，两者都产生非平凡的差异，从一个纯吸收处理的$γ$-射线传输的结果。一个合成的观察者的框架光谱也产生的CMF强度。在早期，当$γ$-射线的光学深度很大时，合成光谱显示出具有红移吸收的不对称线轮廓，如SN 2014 J所示。这个新的代码集成在CMFGEN，并允许在SN喷出物的衰变能量沉积的准确和快速的计算。
2019-05-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Can Stellar Mixing Explain the Lack of Type Ib Supernovae in Long-Duration GRBs?
与长时间伽马射线暴观测有关的超新星的发现是这些暴的祖先是大质量恒星的主要证据。理解这些祖先的主要谜团之一是，所有这些与伽马射线暴有关的超新星都是Ic型超新星，没有证据表明恒星大气中存在氦。许多研究都集中在是否这种氦只是隐藏在光谱分析。在本文中，我们展示了最近的恒星模型，使用新的对流算法的基础上，我们目前的理解恒星混合的结果。我们证明，增强对流可能会导致严重的恒星氦层耗尽，这表明氦没有被观察到，只是因为它不是在恒星。我们还提出了光变曲线和光谱的这些紧凑的氦耗尽的恒星相比，更传统的氦层的模型。
2013-07-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Nature of Gamma Ray Burst Supernovae
伽马射线暴（GRB）和超新星（SNe）是宇宙中最明亮、能量最高的物理过程。已知核心坍缩SNe是由大质量恒星的引力坍缩和随后的爆炸引起的（附近核心坍缩SNe的前身已经被成像并明确识别）。长持续时间伽玛暴（L-GRB）的前身星也被认为是大质量恒星，这主要是由于在时间和空间上与大多数L-GRB相一致的高能核坍缩超新星的发生和探测。然而，关于这些事件的性质存在许多悬而未决的问题：祖先有多大？当它们爆炸时，它们处于什么样的进化阶段？它们是以单星还是双星系统的形式存在（或者两者都存在，比例是多少）？本论文的工作旨在加深我们对长持续时间GRB超新星（GRB-SNe）起源类型的理解。这项工作是基于三个GRB-SNe事件获得的光学测光：GRB 060729，GRB 090618和XRF 100316 D（X射线闪光类似于L-GRB，但具有较低的峰值能量）。对于GRB 060729和GRB 090618，我们模拟了光学光变曲线，并考虑了来自三个光源的光：宿主星系，余辉和超新星。当我们去除宿主通量并对余辉进行建模时，剩余的通量在光变曲线的形状和光谱能量分布的形状上都类似于SN的通量。我们对XRF 100316 D及其光谱确认的Ic-BL SN 2010 bh的研究更加详细，因为我们能够在许多滤光片中获得光学和红外数据，我们利用这些数据创建了一个准测辐射热光曲线，我们建立模型来确定SN 2010 bh的物…
2012-08-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Reducing Uncertainties in the Production of the Gamma Emitting Nuclei 26Al, 44Ti, and 60Fe in Core Collapse Supernovae by Using Effective Helium Burning Rates
我们用氦燃烧反应的有效反应速率（ERR）来预测核坍缩超新星中γ发射核26 Al、44 Ti和60 Fe的产额。ERR允许的反应速率值的预测产率的变化比以前得到的小得多，并且比其他不确定性小。一个基于超新星前结构的超新星核合成产额的“过滤器”被用来估计失败的超新星对初始质量函数平均产额的影响;这大大降低了所有这些同位素的产额，但预测的产额比60 Fe/26 Al几乎没有受到影响。这个比率的鲁棒性是有希望的数据比较，但它是大于观察到的性质，这种差异的可能原因进行了讨论。
2017-04-05 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Supernovae Powered by Collapsar Accretion in Gamma-Ray Burst Sources
长持续时间伽马射线暴（LGRB）与Ic型超新星的关联对超新星爆炸模型提出了挑战。在LGRBs的Bracksar模型中，伽马射线产生于从黑洞的磁层发射的超相对论喷流中，该黑洞是在旋转的祖星坍缩后形成的。喷流沿着恒星的旋转轴准直，但伴随的发光超新星应该是相对的-虽然肯定不是完全的-球形，并且应该合成大量的56 Ni。我们的目标是提供一个定性评估的可能性，吸积的祖信封上的黑洞，这权力的LGRB，也可以存款足够的能量和镍质量的信封，以产生一个发光的超新星。为此，在吸积过程中在黑洞附近耗散的能量必须向外传输，在那里它可以驱动类似超新星的冲击波。在这里，我们建议的能量是通过对流传输和发展的分析玩具模型，依赖于全球质量和能量守恒，恒星坍缩的动力学。该模型表明，速度约为10，000 km/s的冲击波可以被驱动到包层中，并且可能发生约10^51 erg的爆炸。吸积能量转移到包层的效率取决于距离黑洞约100- 1，000 km处的平流和对流的竞争，并且对对流混合长度、有效粘性应力的大小和下落包层的特定角动量的值敏感。从黑洞周围的下落包层初始圆化开始，在数十秒的过程中，对流吸积流中可能会合成大量的56 Ni。合成的镍与大量未燃烧的喷出物对流混合。
2011-09-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Time-delayed gamma-ray signatures of heavy axions from core-collapse supernovae
本研究利用费米-LAT对四颗超新星的数据，搜寻质量在MeV-GeV的重轴子，未发现证据，但将通量灵敏度提高约五个数量级，排除了大片未探索参数空间。
2024-12-17 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Oblique Shock Breakout in Supernovae and Gamma-Ray Bursts: I. Dynamics and Observational Implications
在非球形恒星爆炸中，非径向运动在恒星表面附近变得很重要。对于实际偏离球形对称的情况，非径向流极大地改变了表面上相当大一部分激波出现的动力学和发射。爆发的闪光被抑制，喷出物的速度受到限制，物质被抛向一边。非径向喷射允许恒星外部的碰撞，这可能会产生一种新型的瞬变。强烈倾斜的爆发最容易在致密的恒星祖先中产生，例如白矮星和剥离包层的核心坍缩超新星。我们研究的冲击结构和冲击后加速度使用守恒定律，相似性分析，和近似理论的斜激波。激波很可能从恒星表面垂直延伸，然后在加入深渐近解之前扭结。从斜激波穿过的区域流出的气流可能是非定常的，并可能影响主激波之前的表面。我们评论几个显着的爆炸中，本文所描述的非球形动力学可能发挥重要作用的影响。我们也简要地考虑相对论和超光速模式的速度。
2013-10-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Oblique Shock Breakout in Supernovae and Gamma-Ray Bursts: II. Numerical Solutions For Non-Relativistic Pattern Speeds
非球形爆炸发展非径向流动的冲击出现的模式在恒星表面的进展。在超新星中，这些流动可以限制喷出物的速度，抑制激波爆发，并导致恒星外部的碰撞。类似的现象发生在恒星和行星碰撞，潮汐破裂事件，吸积引起的崩溃，和传播爆炸。我们提出了二维的，嵌套网格雅典娜模拟的非径向冲击出现在一个框架与突破模式，重点放在绝热，非相对论限制在一个平面分层信封。我们设置边界条件，使用一个已知的自相似的解决方案，并探讨框的大小和分辨率对结果的作用。冲击波阵面向恒星表面弯曲，并表现出弱不连续性起源的扭结。激波出现点周围的流动既不是完全稳定的，也不是自相似的。波和涡，这不是主要由于网格效应，从这个区域发出。激波后气流沿恒星表面偏转，其压力扰动了激波上游的恒星大气。我们使用数值结果和它们的分析极限来预测辐射传输和重力的影响，这些影响不包括在我们的模拟中。
2014-05-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Gravitational waves within the magnetar model of superluminous supernovae and gamma-ray bursts
许多超新星（SNe）和伽马射线暴（GRB）的光变曲线可以解释为从其可能的中心引擎持续注入额外的能量，快速旋转的强磁性中子星（即磁星）。磁星提供的磁偶极辐射功率是以恒星的旋转能量为代价的。然而，引力波辐射可能比磁偶极子辐射更有效，因为引力波辐射对中子星自旋速率Ω的依赖性更强，也就是说，相对于磁偶极子辐射的Ω ^4，引力波辐射对中子星自旋速率Ω ^6（对于静态“山”）或Ω ^8（对于r模式流体振荡）的依赖性更强。这里，我们利用SN和GRB观测资料中的磁场B和初自旋周期P_0，得到了与最近工作结果相似的无量纲山振幅的简单约束条件：α < 0.01，r模振荡α < 1。然后，我们将GW发射纳入磁星模型。我们发现，当α> 10^-4（B/10^14 G）（P_0/1 ms）或α> 0.01（B/10^14 G）（P_0/1 ms）^[2]时，光变曲线受到强烈影响，峰值亮度显著降低，到达峰值亮度的时间显著增加。因此，这里研究的GW效应在低B和短P_0时更为明显，但在模拟SN和GRB光变曲线时不太可能是重要的，因为显著变化所需的振幅相当大。
2016-09-13 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Production of 26Al, 44Ti and 60Fe in Supernovae-sensitivity to the helium burning rates
我们研究了γ发射核26 Al、44 Ti和60 Fe的超新星产生对三重α和12 C（α，γ）反应速率变化的敏感性。在实验不确定度两倍的范围内，我们发现60 Fe的生产变化超过五倍。对于26 Al和44 Ti，观察到较小的变化，约为2至3倍。当使用Lodders（2003）的丰度而不是Anders和Grevesse（1989）的丰度时，这些同位素的产额发生显著变化。这些敏感性将限制基于观测到的伽马射线强度和恒星模型的比较的结论，直到氦燃烧速率更好地了解。讨论了提高氦燃速的前景，并提出了一种新的~（12）C（α，γ）Boyes燃速。
2010-12-21 astro-ph.SR nucl-ex
Empirical Abundance Scaling Laws and Implications for the Gamma-Process in Core-Collapse Supernovae
通过对太阳系丰度的分析，我们发现了两个关于具有相同原子序数的p核和s核的经验丰度标度律。第一个标度是s/p比在原子序数的宽范围内几乎是恒定的，其中p核比s核轻两个或四个中子。第二个标度是p/p比几乎恒定，其中第二个$p$ -核比第一个p-核轻两个中子。这些标度是一个证据，表明大多数p核主要是由超新星爆炸中的伽马过程合成的。标度化导致了一个新的概念，即由单个γ过程产生的核的s/p和p/p比几乎分别是恒定的，“γ过程的普遍性”。我们计算了在各种天体物理条件下基于核心坍缩超新星爆炸模型的伽马过程的比例，发现标度适用于独立于所假设的天体物理条件的单个伽马过程产生的材料。这种普适性源于三种机制：伽玛过程层的移动以保持其峰值温度，前超新星中的弱s过程，以及核反应的s/p比的独立性。这些结果进一步表明了一个扩展的普遍性，即伽马过程层中的s/p比不仅是恒定的，而且集中在一个特定的值3上。利用这个特定的值和第一次标度，我们估计当$s$ -核A > 90时，AGB星对大质量星的$s$ -过程丰度贡献之比接近6.7。我们发现，Ce，Er和W的S/P比的大增强是一个证据，弱S-过程实际上发生在SNE之前。
2009-01-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
New Primary Mechanisms for the Synthesis of Rare 9Be in Early Supernovae
我们提出了两个新的主要机制的稀有核9 Be的合成，都触发了由nu诱导生产的3 H，然后由4 He（3 H，γ）7 Li的核心坍缩超新星的He壳。对于~8M_sun的祖核，在冲击He壳层的快速膨胀过程中，出现了~ 7 Li（3 H，n_0）_9Be。或者，对于~11- 15 M_sun的超贫金属祖核，7 Li（n，gamma）8Li（n，gamma）9 Li（e^-anti-nu_e）9 Be与4 He（anti-nu_e，e^+n）3 H产生的中子一起出现，假设振荡（这也导致通过快速中子捕获产生重元素）和弱爆炸（因此9 Be在激波通道中幸存）产生硬有效的反nu_e谱。我们讨论了7 Li和11B的相关生产，注意到LiBeB生产的模式可能将新机制与其他机制区分开来。
2013-03-21 astro-ph.SR nucl-th
