核心坍縮型超新星的相關物理過程及爆發(fā)機制的研究.pdf

1、本工作對超新星前身星階段的相關物理過程及對核心坍塌型的超新星瞬時爆發(fā)機制等問題進行了研究。 綜述了與超新星爆發(fā)機制研究中的相關理論研究進展。介紹了各種不同質量的恒星演化進程中各個主要熱核的點火條件，致密物質中自由電子系統(tǒng)的簡并性對星體熱核燃燒的主導作用以及爆炸性核燃燒條件；介紹了超新星的分類特征；重點評述了幾種主要的超新星爆發(fā)機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)機制中的重要性；小結超新星前身星內部的β衰變、電子

2、俘獲、中微子俘獲的研究進展和存在的困難。 討論了超新星爆發(fā)理論研究中涉及相關理論及其數值處理方法。包括核統(tǒng)計平衡分析、弱相互作用、恒星基本結構方程、數值模擬差分方法、光滑質點流體動力學方法和“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。 磁場的存在是恒星世界一個普遍特征，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，強磁場加劇了電子分布的

3、量子效應，改變了電子和核子相互作用的相空間因子，結果表明：磁場對于非零溫氣體的作用較之零溫氣體的作用弱得多，足夠強的磁場可以使較低溫度下的電子俘獲率降低幾個量級，但就中子星表面存在的磁場強度范圍，當密度不是很低時，不論是零溫或是非零溫條件下，磁場對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時，磁場的影響是可以忽略的；但是強磁場(B>10<'12>)使β衰變率顯著增大，由于中子星殼層存在強磁場，因此在分析中子

4、星殼層的β衰時應考慮強磁場的作用和影響；同時指出，由于兩個中子星合并是重元素通過快中子俘獲進行核合成的重要天體物理場所，因此在計算雙星系統(tǒng)中r-過程核合成最后的核產物時必須考慮強磁場的影響。 超新星的前身星環(huán)境處于高密等離子體狀態(tài)，等離子體對弱相互作用有強電荷屏蔽作用，本工作對前身星環(huán)境下的電荷屏蔽對電子俘獲和β衰變過程及超新星爆發(fā)能量的影響的進行了詳細分析。對Gamow-Teller(GT)躍遷強度分布進行了高斯譜處理，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)能級參數難以獲得的情形下，顯得簡單易于進行計算的優(yōu)點；比較了等離子體強屏蔽和相對論簡并電子流屏蔽勢能分析方法對電子俘獲過程的影響，指出在低溫高密情形下，相對論簡并電子流屏蔽對電子俘獲反應的影響較等離子體強電荷屏蔽的影響程度略小。研究結果表明，強電荷屏蔽使得電子俘獲反應率明顯降低(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個量級；電荷屏蔽降低了電子俘獲率，延長了爆發(fā)

6、時間，使中微子泄漏的總能量略增加，從而導致激波的能量相應降低。這個結論對超新星爆發(fā)機制的理論研究具有重要意義。 分析計算了在旋轉和非旋轉情況下電子俘獲時標和流體動力學時標的差異，發(fā)現在形成激波前很短時間內電子俘獲時標將小于流體動力學時標，指出這種差異在旋轉的星體下更為明顯。本文認為，這種差異會使內核心的相應區(qū)域加速塌縮，這種新圖象會改變超新星內部壓強狀況，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

7、梯度對壓強本身影響不大，但壓強梯度增加會使瞬時爆發(fā)能量有很大的提高，爆發(fā)速度有顯著增加，適當調整坍塌和反彈階段的壓強梯度可以使得瞬時爆發(fā)獲得成功。針對超新星前身星模型WS15M⊙，本文數值模擬指出，由于在內核心區(qū)域考慮這種時標差異，初始中子星半徑可以減小20％左右，這一結論對國際上新近提出的一種超新星爆發(fā)圖象是有力的支持，這對于超新星爆發(fā)機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，本文的結論對超新星爆發(fā)