本文關鍵詞：核塌縮型超新星及其中微子驅動的星風　出處：《中國科學技術大學》2011年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：超新星和相關核合成研究是當今天體物理的前沿課題之一。本文主要研究核塌縮型超新星爆發(fā)過程和中微子驅動的星風動力學。本文綜述了超新星的基本特征和核塌縮型超新星的爆發(fā)機制。為了討論強大中微子流的來源,組分夸克質量模型被應用于超新星核區(qū)中兩味夸克物質到更穩(wěn)定的三味夸克物質相變。結果發(fā)現(xiàn),組分夸克質量模型適用于描述超新星核心區(qū)的相變,相變能明顯提高核心溫度,中微子的數(shù)量和能量,從而有助于提高超新星爆炸成功的概率。SN2006gy是近年觀測到的一顆奇特的核塌縮型超新星,我們特別介紹了它的研究進展。中微子驅動的星風是快中子俘獲元素誕生的主要候選場所。我們在第二部分首先介紹了重元素核合成的基礎理論和進展(包括s過程、r過程和p過程),然后對中微子驅動的星風動力學和核合成發(fā)展歷程和最新進展做了詳細論述。 我們采用Rauscher等改進的核配分函數(shù)重新計算核塌縮型超新星環(huán)境中的核統(tǒng)計平衡(NSE),結果表明改進的核配分函數(shù)引起核素豐度輕微變化,但并沒有之前預計的那么重要�；谝痪S的數(shù)值模擬程序、WW15M⊙前身星模型和我們提出的計算電子屏蔽效應的方法,模擬了核塌縮型超新星坍縮、反彈過程。結果表明,電子屏蔽的影響是明顯的。在塌縮階段,電子屏蔽使電子俘獲率下降、塌縮時間延長,并影響外核的塌縮進程。我們給出對中微子能量和反彈激波能量的詳細分析。至今嚴格的數(shù)值模擬不能產(chǎn)生成功的超新星爆發(fā)。我們通過對激波形成階段壓強梯度的人為調節(jié),得到了WW15M⊙模型的瞬時爆發(fā),然后分析了該爆發(fā)過程中內(nèi)星核多種對流過程(包括R-T對流,輕子驅動的對流,負熵梯度驅動的對流)。結果表明強大的對流使得核心區(qū)的能量迅速傳遞給激波。 質子、中子、正負電子以及輻射場組成的混合氣體,簡稱npe±氣體,我們研究了在有或者無外部中微子流時npe~±氣體的穩(wěn)態(tài)平衡條件,得到了在高溫下(T10~9K)描述穩(wěn)態(tài)平衡的一般化學勢平衡方程μ_n =μ_p+Cμ_e。當中微子和反中微子透明時,我們給出了系數(shù)C的擬合解析表達式。應用化學勢平衡條件來估算處于穩(wěn)態(tài)平衡npe~±氣體的電子豐度是一個簡單而有效的方法。例如,我們把這個方法應用到GRB吸積盤中,可以證實當吸積率較低時吸積盤內(nèi)區(qū)近似處于穩(wěn)態(tài)平衡;對于存在外部中微子流的情況,基于初始中子星模型M15-11-r1,我們計算了中微子驅動星風中的初始電子豐度。結果表明,相對于原來的平衡條件μ_n =μ_p+μ_e的計算結果而言,當反彈后時間小于5秒時,改進的平衡條件明顯降低電子豐度,所得結論對星風核合成研究有積極意義。 基于牛頓的流體動力學方程組,我們討論了三種不同物態(tài)方程(I.嚴格物態(tài)方程;II.忽略簡并參數(shù);III.忽略氣體壓強)對初生中子星風動力學的影響。結果發(fā)現(xiàn),忽略簡并參數(shù)的物態(tài)方程是個很好的近似;忽略氣體壓強的物態(tài)方程會明顯地降低星風的密度、溫度,提高速度和核子熵,但電子豐度幾乎不會改變。同時星風物質溢出率、動力學時標等影響核合成的重要參量都有明顯的改變。對典型中子星模型,我們還發(fā)現(xiàn)在中微子光度為8×10~(51)erg s~(-1)時,星風是富中子的,采用不同的物態(tài)方程可能使誕生的快中子俘獲元素平均的質量數(shù)最大相差6;在中微子光度為1×10~(51)erg s~(-1)時,星風是富質子的,質子俘獲核素的相對豐度相差一倍,因此選擇合適的物態(tài)方程是極為重要的。
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【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：P145.3

【參考文獻】

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本文編號：1352076