本文關(guān)鍵詞：核塌縮型超新星及其中微子驅(qū)動(dòng)的星風(fēng)　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2011年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超新星和相關(guān)核合成研究是當(dāng)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(qū)動(dòng)的星風(fēng)動(dòng)力學(xué)。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(jī)制。為了討論強(qiáng)大中微子流的來源,組分夸克質(zhì)量模型被應(yīng)用于超新星核區(qū)中兩味夸克物質(zhì)到更穩(wěn)定的三味夸克物質(zhì)相變。結(jié)果發(fā)現(xiàn),組分夸克質(zhì)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(cè)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(jìn)展。中微子驅(qū)動(dòng)的星風(fēng)是快中子俘獲元素誕生的主要候選場(chǎng)所。我們?cè)诘诙糠质紫冉榻B了重元素核合成的基礎(chǔ)理論和進(jìn)展(包括s過程、r過程和p過程),然后對(duì)中微子驅(qū)動(dòng)的星風(fēng)動(dòng)力學(xué)和核合成發(fā)展歷程和最新進(jìn)展做了詳細(xì)論述。 我們采用Rauscher等改進(jìn)的核配分函數(shù)重新計(jì)算核塌縮型超新星環(huán)境中的核統(tǒng)計(jì)平衡(NSE),結(jié)果表明改進(jìn)的核配分函數(shù)引起核素豐度輕微變化,但并沒有之前預(yù)計(jì)的那么重要。基于一維的數(shù)值模擬程序、WW15M⊙前身星模型和我們提出的計(jì)算電子屏蔽效應(yīng)的方法,模擬了核塌縮型超新星坍縮、反彈過程。結(jié)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(shí)間延長,并影響外核的塌縮進(jìn)程。我們給出對(duì)中微子能量和反彈激波能量的詳細(xì)分析。至今嚴(yán)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(duì)激波形成階段壓強(qiáng)梯度的人為調(diào)節(jié),得到了WW15M⊙模型的瞬時(shí)爆發(fā),然后分析了該爆發(fā)過程中內(nèi)星核多種對(duì)流過程(包括R-T對(duì)流,輕子驅(qū)動(dòng)的對(duì)流,負(fù)熵梯度驅(qū)動(dòng)的對(duì)流)。結(jié)果表明強(qiáng)大的對(duì)流使得核心區(qū)的能量迅速傳遞給激波。 質(zhì)子、中子、正負(fù)電子以及輻射場(chǎng)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(shí)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(xué)勢(shì)平衡方程μ_n =μ_p+Cμ_e。當(dāng)中微子和反中微子透明時(shí),我們給出了系數(shù)C的擬合解析表達(dá)式。應(yīng)用化學(xué)勢(shì)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(gè)簡單而有效的方法。例如,我們把這個(gè)方法應(yīng)用到GRB吸積盤中,可以證實(shí)當(dāng)吸積率較低時(shí)吸積盤內(nèi)區(qū)近似處于穩(wěn)態(tài)平衡;對(duì)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(jì)算了中微子驅(qū)動(dòng)星風(fēng)中的初始電子豐度。結(jié)果表明,相對(duì)于原來的平衡條件μ_n =μ_p+μ_e的計(jì)算結(jié)果而言,當(dāng)反彈后時(shí)間小于5秒時(shí),改進(jìn)的平衡條件明顯降低電子豐度,所得結(jié)論對(duì)星風(fēng)核合成研究有積極意義。 基于牛頓的流體動(dòng)力學(xué)方程組,我們討論了三種不同物態(tài)方程(I.嚴(yán)格物態(tài)方程;II.忽略簡并參數(shù);III.忽略氣體壓強(qiáng))對(duì)初生中子星風(fēng)動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),忽略簡并參數(shù)的物態(tài)方程是個(gè)很好的近似;忽略氣體壓強(qiáng)的物態(tài)方程會(huì)明顯地降低星風(fēng)的密度、溫度,提高速度和核子熵,但電子豐度幾乎不會(huì)改變。同時(shí)星風(fēng)物質(zhì)溢出率、動(dòng)力學(xué)時(shí)標(biāo)等影響核合成的重要參量都有明顯的改變。對(duì)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(shí),星風(fēng)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(zhì)量數(shù)最大相差6;在中微子光度為1×10~(51)erg s~(-1)時(shí),星風(fēng)是富質(zhì)子的,質(zhì)子俘獲核素的相對(duì)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(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P145.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1352076