本文關鍵詞：Ia型超新星爆炸對其非簡并伴星沖擊的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：Ia型超新星研究（SNe Ia）是二十一世紀天體物理學研究和基礎物理研究最前沿的課題之一。通過其峰值光度和光變曲線形狀之間存在的經(jīng)驗關系定標，Ia型超新星可以作為測量宇宙學距離最可靠“距離指示器”之一。Ia型超新星測距發(fā)現(xiàn)了宇宙在加速膨脹，從而推論出暗能量的存在。這不但是天文學，也是整個物理學的重要發(fā)現(xiàn)。然而，Ia型超新星的前身星以及其爆炸的具體物理機制仍然不清楚。 目前，人們普遍認為Ia型超新星是雙星系統(tǒng)中的碳氧白矮星從其非簡并（單簡并模型，SD）或者簡并伴星（雙簡并模型，DD）吸積物質(zhì)從而引發(fā)的熱核爆炸。SD和DD模型，最大的區(qū)別之一是SD模型預言了Ia型超新星爆炸后存在殘留伴星，然而DD模型則沒有。因此，在Ia型超新星爆炸后的遺跡中搜尋殘留伴星是區(qū)別和證認SD模型和DD模型的一種有效方法。在本文中，基于SD前身星模型，我們采用“光滑粒子流體動力學（SPH）方法”對Ia型超新星爆炸對其伴星的沖擊進行了三維流體動力學模擬，詳細地研究了Ia型超新星爆炸拋射物和伴星之間的相互作用，給出了Ia型超新星爆炸沖擊后殘留伴星的特殊性質(zhì)和對應的可觀測量。在本文的第一章，我們介紹了超新星的研究歷史、分類以及本工作的主要目標。接著，我們對Ia型超新星的光變曲線、光譜等觀測特征以及Ia型超新星不同的前身星模型（SD和DD模型）和爆炸模型（錢德拉塞卡、亞錢德拉塞卡和超錢德拉塞卡模型）做了詳細地介紹。本工作中所采用的研究方法及模擬程序在本文的第三章中進行了具體地描述。最后，我們對本論文的主要研究工作做了詳細地介紹。通過本工作的研究，我們?nèi)〉弥饕难芯砍晒校?（1）基于WD+MS前身星模型，通過詳細的雙星演化過程，我們得到了比早期工作更為真實的初始伴星模型。我們的數(shù)值模擬得到SN Ia爆炸沖擊可以從其伴星剝離大于0.1M⊙的富氫物質(zhì)。同時，SN Ia沖擊可以使主序伴星獲得50 105km s1的沖擊速度。另外，我們發(fā)現(xiàn)伴星的致密程度和雙星的軌道間距是影響被剝離的伴星物質(zhì)的質(zhì)量和伴星獲得的沖擊速度的最主要因素。但是，SN Ia爆發(fā)時伴星所處的演化狀態(tài)同樣很重要。在我們的模擬中，被剝離的伴星的富氫物質(zhì)的質(zhì)量（0.1M⊙）遠大于目前給出的在SN Ia星云光譜中可以探測剝離氫的質(zhì)量下限（0.01M⊙），這暗示在SD SN Ia星云光譜中可能會探測到氫譜線的特征。 （2）通過考慮伴星的軌道運動和自轉(zhuǎn)的影響，我們得到伴星的轉(zhuǎn)動不能有效地影響被剝離的伴星物質(zhì)的多少和伴星獲得的沖擊速度的大小。但是，SN Ia爆炸可以從其富氫主序伴星剝離14% 23%的初始伴星質(zhì)量，從而帶走伴星55% 89%的初始轉(zhuǎn)動角動量。同時，由于受到SN Ia爆炸拋射物的沖擊加熱，伴星極度地膨脹。所以，在SN Ia爆炸后，伴星的旋轉(zhuǎn)速度被有效地減小為其初始值的14% 32%。 （3）與目前觀測得到的Tycho G的旋轉(zhuǎn)速度～6kms1相比較，我們的模擬給出的殘留伴星的旋轉(zhuǎn)速度至少是Tycho G旋轉(zhuǎn)速度的兩倍多。但是，我們并不能通過Tycho G很小的旋轉(zhuǎn)速度來排除其作為SN Ia殘留伴星候選體的可能性。進一步地，采用WD+MS模型的大樣本計算結(jié)果，我們給出了SN Ia爆炸后殘留伴星旋轉(zhuǎn)速度的大樣本分布情況。這將給在SN Ia遺跡中證認殘留伴星提供非常重要的理論依據(jù)。 （4）基于WD+HE錢德拉塞卡爆炸模型，流體動力學模擬得到SN Ia的沖擊只從氦伴星表面剝離了其2% 5%的物質(zhì)。但是，SN Ia爆炸拋射物中的重元素可以有效地污染伴星表面，使得殘留伴星呈現(xiàn)出重元素增豐特征。這為觀測上證認WD+HE模型中的殘留伴星提供了一種潛在的方法。另外，我們預言在SN Ia爆炸后，富氦殘留伴星具有很高的空間速度且在快速地旋轉(zhuǎn)，應該很容易被觀測所證認。 （5）采用錢德拉塞卡質(zhì)量白矮星的純爆燃波模型，我們對SN Ia爆炸對其主序伴星的沖擊進行了三維流體動力學模擬。我們發(fā)現(xiàn)由于純爆燃波模型產(chǎn)生了較低的總能量，SN Ia沖擊只能從富氫主序伴星的表面剝離很小質(zhì)量的氫（0.01M⊙），這與目前給出的在正常SN Ia星云光譜探測不到氫譜線特征的質(zhì)量范圍（0.01M⊙）是一致的。因此，我們預言在SN2002cx-like SN Ia星云光譜中應該沒有氫譜線的呈現(xiàn)。這也許可以解釋目前在單簡并SN Ia星云光譜中沒有探測到氫譜線的事實。 通過本工作的研究，我們?yōu)橛^測上在超新星遺跡中搜尋和證認Ia型超新星殘留伴星提供了可靠的預言和理論依據(jù)，，這也為從觀測上限制Ia型超新星的前身星模型提供了非常重要的幫助。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（云南天文臺）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P145.3

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李彥;物態(tài)方程對鐵核坍縮型超新星爆發(fā)的影響[D];廣西師范大學;2013年

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