II型超新星爆发过程中的丰度梯度和压强梯度

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在核心坍缩型超新星爆发机制的数值模拟中,能量问题一直是导致超新星爆发不能成功的主要原因,但是超新星爆发的巨大能量是得到了大量观测和实验支持的。如果考虑它的引力势能作为爆发的主要能量,在原有的计算方法下会发现释放的总的引力势能很有限,而中微子泄漏以及铁星核光裂解消耗大量的能量都是必须的。为了解决这个困难,Baron和Coopemtein提出了调节引力常数的方法,王贻仁等提出了“等效厚度”的假设。而本文则根据罗志全等人提出的有关压强梯度影响Ⅱ型超新星爆发的相关理论,在有限的引力能释放的情况下,通过丰度梯度和压强梯度的修改来提高激波能量,使得瞬时强爆炸能够成功。丰度梯度和压强梯度过去一直没有引起人们的足够重视,但是本文发现它与超新星瞬时爆发能量有着十分密切的关系。利用Woosley等人得出的前身星模型数据和王贻仁小组开发的Ⅱ型超新星爆发模拟程序“SNⅡ-WLYW89”,模拟了质量为11M⊙、12M⊙、13M⊙、14M⊙、15M⊙的五个超新星爆发过程。数值结果表明,在坍缩阶段,适当修改元素丰度梯度和压强梯度,激波能量能够传到铁核边缘。当重核丰度梯度,中子丰度梯度,质子丰度梯度,α粒子丰度梯度的改变量β都取1.03时,除模型S11、S15的爆发能稍有降低外,其它三个模型的爆发能都增大了;当总的元素丰度梯度的改变量β取0.90,α,n和p混合压强梯度,辐射压强梯度,中微子压强梯度的改变量β都取1.02时,五个模型的爆发能都有不同程度的提高;当总的压强梯度的改变量β取1.05时,除S15的激波能量不能转到铁星核边缘,其它四个模型的爆发能都提高了;当重核丰度梯度,中子丰度梯度,质子丰度梯度,α粒子丰度梯度的改变量β都取1.03,总的元素丰度梯度的改变量β都取1.03,重核物质压强梯度,α,n和p混合压强梯度,辐射压强梯度,中微子压强梯度的改变量β都取1.02,总的压强梯度的改变量β取1.05时,元素丰度梯度的改变并没有改变爆发时间,而压强梯度的改变使得爆发时间延长了。修改总的元素丰度梯度后,熵增大了,而物质温度在t3, t4时刻有所降低,在其它时刻变化不明显。通过数值模拟可见,在有限的引力能量释放的情况下,丰度梯度和压强梯度的调整增强了对流传能机制,提高了爆发能量,使得瞬时强爆炸能够成功。
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