核心坍縮型超新星的相關(guān)物理過程及爆發(fā)機(jī)制的研究.pdf

1、本工作對(duì)超新星前身星階段的相關(guān)物理過程及對(duì)核心坍塌型的超新星瞬時(shí)爆發(fā)機(jī)制等問題進(jìn)行了研究。 綜述了與超新星爆發(fā)機(jī)制研究中的相關(guān)理論研究進(jìn)展。介紹了各種不同質(zhì)量的恒星演化進(jìn)程中各個(gè)主要熱核的點(diǎn)火條件，致密物質(zhì)中自由電子系統(tǒng)的簡并性對(duì)星體熱核燃燒的主導(dǎo)作用以及爆炸性核燃燒條件；介紹了超新星的分類特征；重點(diǎn)評(píng)述了幾種主要的超新星爆發(fā)機(jī)制及理論研究中存在的困難；指出弱相互作用在超新星爆發(fā)機(jī)制中的重要性；小結(jié)超新星前身星內(nèi)部的β衰變、電子

2、俘獲、中微子俘獲的研究進(jìn)展和存在的困難。 討論了超新星爆發(fā)理論研究中涉及相關(guān)理論及其數(shù)值處理方法。包括核統(tǒng)計(jì)平衡分析、弱相互作用、恒星基本結(jié)構(gòu)方程、數(shù)值模擬差分方法、光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)方法和“四粒子”模型的物態(tài)方程、電子俘獲和β衰變過程的一般分析方法等；給出了超新星爆發(fā)模擬程序的基本框圖及基本參數(shù)。 磁場的存在是恒星世界一個(gè)普遍特征，致密星的殼層，如中子星殼層，雙星系統(tǒng)等尤其如此。本工作的研究表明，強(qiáng)磁場加劇了電子分布的

3、量子效應(yīng)，改變了電子和核子相互作用的相空間因子，結(jié)果表明：磁場對(duì)于非零溫氣體的作用較之零溫氣體的作用弱得多，足夠強(qiáng)的磁場可以使較低溫度下的電子俘獲率降低幾個(gè)量級(jí)，但就中子星表面存在的磁場強(qiáng)度范圍，當(dāng)密度不是很低時(shí)，不論是零溫或是非零溫條件下，磁場對(duì)電子俘獲過程的影響都是很小的，本文指出在討論中殼層中的電子俘獲和熱核反應(yīng)時(shí)，磁場的影響是可以忽略的；但是強(qiáng)磁場(B>10<'12>)使β衰變率顯著增大，由于中子星殼層存在強(qiáng)磁場，因此在分析中子

4、星殼層的β衰時(shí)應(yīng)考慮強(qiáng)磁場的作用和影響；同時(shí)指出，由于兩個(gè)中子星合并是重元素通過快中子俘獲進(jìn)行核合成的重要天體物理場所，因此在計(jì)算雙星系統(tǒng)中r-過程核合成最后的核產(chǎn)物時(shí)必須考慮強(qiáng)磁場的影響。 超新星的前身星環(huán)境處于高密等離子體狀態(tài)，等離子體對(duì)弱相互作用有強(qiáng)電荷屏蔽作用，本工作對(duì)前身星環(huán)境下的電荷屏蔽對(duì)電子俘獲和β衰變過程及超新星爆發(fā)能量的影響的進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)Gamow-Teller(GT)躍遷強(qiáng)度分布進(jìn)行了高斯譜處理，本文的

5、這種處理方法盡管精度不高，但在核子激發(fā)態(tài)能級(jí)參數(shù)難以獲得的情形下，顯得簡單易于進(jìn)行計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)；比較了等離子體強(qiáng)屏蔽和相對(duì)論簡并電子流屏蔽勢(shì)能分析方法對(duì)電子俘獲過程的影響，指出在低溫高密情形下，相對(duì)論簡并電子流屏蔽對(duì)電子俘獲反應(yīng)的影響較等離子體強(qiáng)電荷屏蔽的影響程度略小。研究結(jié)果表明，強(qiáng)電荷屏蔽使得電子俘獲反應(yīng)率明顯降低(包括礦衰變)10％～20％左右，相反使得β衰變率顯著增加，甚至可以增加1-2個(gè)量級(jí)；電荷屏蔽降低了電子俘獲率，延長了爆發(fā)

6、時(shí)間，使中微子泄漏的總能量略增加，從而導(dǎo)致激波的能量相應(yīng)降低。這個(gè)結(jié)論對(duì)超新星爆發(fā)機(jī)制的理論研究具有重要意義。 分析計(jì)算了在旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)情況下電子俘獲時(shí)標(biāo)和流體動(dòng)力學(xué)時(shí)標(biāo)的差異，發(fā)現(xiàn)在形成激波前很短時(shí)間內(nèi)電子俘獲時(shí)標(biāo)將小于流體動(dòng)力學(xué)時(shí)標(biāo)，指出這種差異在旋轉(zhuǎn)的星體下更為明顯。本文認(rèn)為，這種差異會(huì)使內(nèi)核心的相應(yīng)區(qū)域加速塌縮，這種新圖象會(huì)改變超新星內(nèi)部壓強(qiáng)狀況，影響初生中子星半徑。本文的研究表明：無論在坍縮、反彈或傳播過程中，增加壓強(qiáng)

7、梯度對(duì)壓強(qiáng)本身影響不大，但壓強(qiáng)梯度增加會(huì)使瞬時(shí)爆發(fā)能量有很大的提高，爆發(fā)速度有顯著增加，適當(dāng)調(diào)整坍塌和反彈階段的壓強(qiáng)梯度可以使得瞬時(shí)爆發(fā)獲得成功。針對(duì)超新星前身星模型WS15M⊙，本文數(shù)值模擬指出，由于在內(nèi)核心區(qū)域考慮這種時(shí)標(biāo)差異，初始中子星半徑可以減小20％左右，這一結(jié)論對(duì)國際上新近提出的一種超新星爆發(fā)圖象是有力的支持，這對(duì)于超新星爆發(fā)機(jī)制的理論研究具有非常重要的意義。 本工作的研究成果具有顯著的創(chuàng)新性，本文的結(jié)論對(duì)超新星爆發(fā)